WO2006034666A1 - Microchannel recuperator produced from stacked films - Google Patents
Microchannel recuperator produced from stacked films Download PDFInfo
- Publication number
- WO2006034666A1 WO2006034666A1 PCT/DE2005/001463 DE2005001463W WO2006034666A1 WO 2006034666 A1 WO2006034666 A1 WO 2006034666A1 DE 2005001463 W DE2005001463 W DE 2005001463W WO 2006034666 A1 WO2006034666 A1 WO 2006034666A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- film
- recuperator
- channel
- microchannel
- webs
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Ceased
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F3/00—Plate-like or laminated elements; Assemblies of plate-like or laminated elements
- F28F3/08—Elements constructed for building-up into stacks, e.g. capable of being taken apart for cleaning
- F28F3/086—Elements constructed for building-up into stacks, e.g. capable of being taken apart for cleaning having one or more openings therein forming tubular heat-exchange passages
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D9/00—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
- F28D9/0031—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by paired plates touching each other
- F28D9/0043—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by paired plates touching each other the plates having openings therein for circulation of at least one heat-exchange medium from one conduit to another
- F28D9/005—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by paired plates touching each other the plates having openings therein for circulation of at least one heat-exchange medium from one conduit to another the plates having openings therein for both heat-exchange media
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F2260/00—Heat exchangers or heat exchange elements having special size, e.g. microstructures
- F28F2260/02—Heat exchangers or heat exchange elements having special size, e.g. microstructures having microchannels
Definitions
- the invention relates to a recuperator, a micro-channel recuperator, the use of a film, a slotted or perforated film and a method for producing a recuperator and a method for operating the same.
- Microchannel heat exchangers are, for example, by Ehrhard and Meisel (P. Erhard, I. Meisel: “Flow and Transport Problems in Micro Channels", News-Forschungstechnik Düsseldorfwegg. 34 2-3 / 2002 P. 137/142) and of Pua and Rumbold (Lee M. Pua, SO Rumbold: "Industrial Microchannel Devices- Where Are We Today?", Abstract, First International Conference on Micro- phones and Minichannels April 24-25, 2003, Rochester, NY, USA; ICMM2003-1101) been discussed.
- Known microstructure heat exchangers are generally constructed from a stack of alternating layers of metal sheets with channel structures.
- the heat exchange takes place between the two guided fluids through a separation membrane from a layer with channel structure to the underlying and overlying layer.
- channel structures for more than two fluids are possible.
- the channels of the respective structural surface are geometrically arranged so that they can be combined in common connections.
- microchannel recuperator for exchanging heat between two fluids, which has sheet layers with free spaces in the film stack which are stacked in a planar manner, the free spaces in their arrangement providing two separate microchannel systems.
- the invention breaks with the erroneous idea that films can not be suitable for producing pressure-resistant and economically producible microchannel structures. It shows that by appropriate placement of the films by means of slots and / or holes in the films suitable currents can be achieved.
- the recuperator according to the present invention can be produced in comparison with hitherto known microchannel heat exchangers with considerably more economical production processes. It can also be used for the heat exchange of fluids in the very low to very high temperature range as well as at low pressure and high pressure.
- the recuperator can be operated with an almost arbitrarily large pressure gradient between the two fluids, even at very high pressure differences above 1000 bar, which is very surprising given the low inherent strength of a film.
- the invention is suitable for liquids, vapors and gases.
- the free spaces in the film stack are formed by recesses in the film layers.
- the recesses may be produced, for example, in that a film layer has a continuous sheet with slots.
- the distances between the strips form the recesses of the film layers, so that practically identical geometries can be produced in the channel system.
- holes of various types may be used, for example round or angular holes.
- each individual film layer can be kept simple, preferably by a plurality of slots which are parallel to each other, are the same length and have an equal width over their entire length.
- the channels of the Mirokanal structures are arranged diagonally to each other.
- the nearest adjacent microchannels are arranged in the grid over a cross section through the film stack just above and exactly below each microchannel of each second film layer.
- each microchannel only has two nearest microchannels of the other microchannel system.
- each film layer be arranged in a grid so that a first group of webs extending between the holes extends on each film layer and a second set of webs arranged perpendicularly to the first group, and that the film layers are stacked with an offset of the holes, so that between two holes of a first and a third layer, which lie one above the other, a web lies in the second film layer which still leaves a passage between the holes of the first and the third layer.
- each hole is connected to two holes arranged congruently, the two film layers are above or two film layers below.
- each wall having laterally projecting ribs which protrude into the different microchannel systems.
- the heat exchange can thus take place via the ribs and across the wall during operation of the proposed recuperator.
- FIG. 1 shows a schematic plan view of a film with slots and feedthroughs
- FIG. 2 is a schematic perspective view of a stack of films according to FIG. 1, the film stack being cut approximately at the height of the marking II-II in FIG. 3 shows a schematic perspective view of a heat exchanger with the Folien ⁇ stack of Figure 2 as a central component, wherein the film stack of Figure 2 is approximately along the marking III-III cut,
- FIG. 4 shows a schematic perspective view of a film stack comparable to the view in FIG. 2, in which film strips are used instead of slotted foils,
- FIG. 6 shows a foil stack of foils according to FIG. 5 in a perspective view according to the viewing direction and sectional marking VI-VI in FIG. 5.
- the film 1 in Figure 1 has a substantially rectangular, elongated shape.
- her four slots 2 are provided, which are arranged parallel to each other and to a longitudinal axis of the film 1.
- two holes 4 are introduced into the film 1 next to each slot at the two slot ends.
- the slots 2 and thus also the webs 5 are arranged on the film 1 outwardly. Specifically, the four slots 2 are offset from a theoretically possible central position in a transverse direction 6. The offset is chosen so that when placing a second film (see Figure 2) on the film 1, each slot 2 in the film 1 is covered with a web, if the aufchelde second film is identical to the film 1, but with respect to the longitudinal axis is mirrored.
- each slot 2 with a web of the overlying film is enforced by the geometry, as along a transverse distance 7 to each point (exemplary numbered 8, 9, 10), which is located within a slot 2, a counter point 8 ', 9', 10 'exists, the be ⁇ trags schizophrenia a same distance from a first edge 11 and to a second edge 12 of the film first has and is located on a bridge 5.
- the distance between the edge of the special slot 13 and the longitudinal axis 3 is set exactly so that the distance from the edge of the special slot 14 to the longitudinal axis 3 amounts to the width of a slot 2 plus twice the distance of the edge of the special slot 13 to the longitudinal axis 3.
- each slot exemplarily numbered 25
- two webs exemplarily numbered 26, 27
- the layers of films 21, 22, 23, 24 with the slots 25 completely overlapped or underlaid result in channels 29 in each film layer 21, 22, 23, 24.
- the channels 29 are laterally separated from each other by the walls 28 separated and lie with respect to each wall 28 over the height alternately.
- the special wall 30 is a first microchannel 31 on the first side.
- the special channel 32 at the height of the wall 30.
- the special channel 33 follows obliquely offset.
- the special channel 34 is found on the opposite side.
- the exact shape of the channels 29 is determined by the thickness of the films 21, 22, 23, 24 and by the width of the slots 25.
- the width of the walls 28, 30 is determined by the width of the webs and slots: it is half the difference between web and slot width.
- the film stack 20 is used as follows: The film stack 20 is covered on its top 40 and on its bottom 41 with cover plates 42, 43.
- the rohrähn ⁇ union channels 44, 45 in the film stack 20 are connected by bores 46, 47 in the cover plates 42, 43 with Sammelzuschreibrohren and Sammelabschreibrohren 48, 49, 50, 51.
- a first group 44 of tube-like channels is connected to the collecting feed 48 and the collecting discharge 49, while the second group 45 of the tube-like channels is connected to the collecting feed 50 and the Samnielabbow 51.
- a first fluid 52 (represented by a flow direction arrow) is supplied through the collection feed 48 to the microchannel heat exchanger.
- a second fluid 53 passes through the heat exchanger 54 in the opposite direction: it flows through the collection supply 50 (collecting supply pipe on the back of the heat exchanger 54, not shown) via local tube-like channels (not shown) in the horizontal microchannels, passes through them towards the front of the heat exchanger 54, there is collected in the first group of rohrähnli ⁇ chen channels 54 and the collection discharge 51 is supplied.
- the heat exchange takes place as follows: The first fluid 52 is fed through a separate microchannel system to every other microchannel column and flows through all microchannels of these columns in full length.
- the film stack 20 'in FIG. 4 uses individual strip-shaped films 21a, 21b, 21c, 2Id to form webs of a film layer (exemplarily numbered 21', 24 '). or 24a, 24b, 24c, 24d.
- the slots are thus formed by the distance between the individual film strips. Otherwise, the use of foil strips leads to no structural differences compared to the slotted foils 21, 22, 23, 24.
- the alternative film 70 in FIG. 5 is perforated in a grid. Holes (exemplified gekenn ⁇ with 71, 72) are arranged in a longitudinal direction 73 and a transverse axis 74 parallel rows. The perforations are almost square in the embodiment shown. It should be understood that they may also take many other forms, for example, they may be circular or rectangular.
- perforations 71, 72 extend on the film 70 longitudinal webs (exemplified gekennzeich ⁇ net with 75) and transverse webs (exemplified by 76).
- the perforations 71, 72 and webs 75, 76 are arranged on the film 70 according to the geometry already described with reference to a slotted film so that upon rotation of the film 70 by 180 ° about its transverse axis 74 and when placed on a non-rotated film the Transverse webs 76 of the overlying film cover the square holes 72 of darun ⁇ ter lying film exactly in the middle.
- the width of the transverse webs 76-measured along the longitudinal direction 73 of the film 70 - is shorter than the width of the holes 72-also measured-so free perforations remain at both ends 77, 78 of the perforations 71, 72 covered by the transverse webs 76 79 exist (see in particular on the film stack 80 in Figure 6).
- the film stack 80 in FIG. 6 When the film stack 80 in FIG. 6 is filled with fluids, they can thus flow meandering in the direction of the longitudinal webs 75 and in the vertical direction 81 through the film stack 80.
- the transverse webs (identified by 90 by way of example) of adjacent film layers form large areas in each perforation 71, 72 in order to conduct heat from a fluid or to conduct heat into the fluid. End faces 77, 78 of the perforations 71, 72 and the transverse webs 76 are flown in the vertical direction 81 normal and in the longitudinal direction frontally and serve as additional heat exchange surfaces and Verwwirer.
- channel shafts (identified by way of example by 82) which extend in each case over the entire length and the entire height 81 of the foil stack 80 are formed.
- the longitudinal webs 75 form by the layering of the individual films 70 Trennissen ⁇ de 83 with double-sided structure of micro-ribs (exemplified by 84, 85 on the spielnem wall 86) on the heat exchange between the meandering in the direction 87 of Kanal ⁇ wells 82nd flowing fluids, wherein the flow of fluids can also take place over several Folien ⁇ , since along the vertical direction 81, the meandering elongate channels are also connected.
- the proposed heat exchanger structure is not limited to recuperators, but rather also advantageous as a structure for a regenerator heat exchanger can be used.
- the exchange of the heat of the at least two fluids can take place in cocurrent or countercurrent.
- the microchannels can be connected so that the inflow and outflow of the fluids can take place without crossing.
- the structure of the proposed micro ribbed wall heat exchanger allows the heat exchange of fluids in the low to high temperature range and in the low pressure and high pressure ranges.
- the proposed geometry of the individual foils and the overall arrangement of the microchannel systems in the film stacks can also be advantageously used with metal sheets, ie generally with thicker sheet-like components. Even with the use of such components, a device improved over previously known heat exchangers is achieved.
- the invention is thus not limited to the use of thin films. For thin films, however, it achieves a surprisingly high degree of efficiency.
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
Abstract
Description
AUS GESTAPELTEN FOLIEN HERGESTELLTER MIKROKANAL-RΞKUPERATOR MICROCANAL RΞKUPERATOR PRODUCED FROM STACKED FOILS
[01] Die Erfindung betrifft einen Rekuperator, einen Mikrokanal-Rekuperator, die Verwendung einer Folie, eine geschlitzte oder gelochte Folie und ein Verfahren zum Herstellen eines Rekuperators sowie ein Verfahren zum Betreiben desselben.The invention relates to a recuperator, a micro-channel recuperator, the use of a film, a slotted or perforated film and a method for producing a recuperator and a method for operating the same.
[02] In Wärmetauschern erfolgt die Wärmebertragung durch feste Zwischenwände vom Wärme abgeben¬ den zum Wärme aufnehmenden Medium, meist Fluide. Aufgrund der vielfältigen Anwendbarkeit kommt in der Gruppe der Wärmetauscher eine große Bedeutung den sogenannten Kompakt- Wärmetauschern zu. Um den Fluss der Wärmeenergie trotz der kompakten Bauweise zu optimieren, werden gerade bei Kom- pakt- Wärmetauschern große Anstrengungen unternommen, um das Verhältnis von Wärme übertragender Austauschfläche zum Volumen des Wärmetauschers zu maximieren. Im Rahmen dieser Anstrengungen wurden die sogenannten Mikrokanal- Wärmetauscher entwickelt.[02] In heat exchangers, the heat transfer takes place by means of solid partitions from the heat releasing medium, usually fluids, which absorb heat. Due to the variety of applicability is in the group of heat exchangers a great importance to the so-called compact heat exchangers. In order to optimize the flow of heat energy despite the compact design, great efforts are being made, especially in compact heat exchangers, to maximize the ratio of heat transferring exchange surface area to volume of the heat exchanger. As part of this effort, the so-called micro-channel heat exchangers were developed.
[03] Wärmetauscher mit Mikrokanal- Strukturen verwenden mikrofluidische Bausteine für die Kanalstruk¬ tur zum Führen der Fluide, zwischen welchen die Wärme getauscht werden soll. Oft sind Wärmetauscher mit Mikrokanal-Strukturen zudem auch in ihrer absoluten Baugröße sehr klein.[03] Heat exchangers with microchannel structures use microfluidic components for the channel structure for guiding the fluids between which the heat is to be exchanged. Often, heat exchangers with microchannel structures are also very small in their absolute size.
[04] Wärmetauscher dieser Bauart erreichen einen hohen Wärmeübergangskoeffizienten bei laminarer Strömung. Da sie mit möglichst geringem Widerstand durchströmbar sein sollen, weisen solche Wärme¬ tauscher üblicherweise eine große Anzahl von Kanälen auf, sodass die Kanalführung ein recht aufwendi¬ ges, kompliziertes System ergibt. Zudem stellt die Herstellung der Mikrostrukturen hohe Anforderungen an die Fertigungstechnik. Unter Verwendung unterschiedlichster Verfahren wie beispielsweise Ätzen, Lasern, Zerspanen und Umformen werden die Mikrostrukturen so hergestellt, dass niedrige oder auch hohe Betriebsdrücke sicher aufgenommen werden können. Teilweise ergeben sich erhöhte Bearbeitungs¬ schwierigkeiten durch bestimmte Werkstoffe, welche nach den Anforderungen des zu führenden Fluids und der beabsichtigten Betriebsparameter erforderlich sind.[04] Heat exchangers of this type achieve a high heat transfer coefficient with laminar flow. Since they should be able to flow through with the least possible resistance, such heat exchangers usually have a large number of channels, so that the channel guidance results in a rather complex, complicated system. In addition, the production of microstructures makes high demands on production technology. Using a variety of methods such as etching, laser machining, machining and forming, the microstructures are fabricated to safely accommodate low or high operating pressures. Partly results in increased Bearbeitungs¬ difficulties by certain materials, which are required by the requirements of the fluid to be carried and the intended operating parameters.
[05] Mikrokanal- Wärmetauscher sind beispielsweise von Ehrhard und Meisel (P. Erhard, I. Meisel: „Strömungs- und Transportprobleme in Mikrokanälen", Nachrichten-Forschungszentrum Karlsruhe Jahrg. 34 2-3/2002 S. 137/142) sowie von Pua und Rumbold (Lee M. Pua, S.O. Rumbold: „Industrial Microchannel Devices- Where Are We Today?", Abstract, First International Conference on Microchan¬ nels and Minichannels April 24-25.2003, Rochester, NY, USA; ICMM2003-1101) diskutiert worden. [06] Bekannte Mikrostruktur- Wärmetauscher sind in der Regel aus einem wechsellagigen Stapel von Blechen mit Kanalstrukturen aufgebaut. Der Wärmetausch erfolgt zwischen den beiden geführten Fluiden durch eine Trennmembran von einer Schicht mit Kanalstruktur zu der darunter und darüber liegenden Schicht. Dabei sind auch Kanalstrukturen für mehr als zwei Fluide möglich. Die Kanäle der jeweiligen Strukturfläche werden geometrisch so angeordnet, dass sie in gemeinsamen Anschlüssen zusammenge- fasst werden können.[05] Microchannel heat exchangers are, for example, by Ehrhard and Meisel (P. Erhard, I. Meisel: "Flow and Transport Problems in Micro Channels", News-Forschungszentrum Karlsruhe Jahrg. 34 2-3 / 2002 P. 137/142) and of Pua and Rumbold (Lee M. Pua, SO Rumbold: "Industrial Microchannel Devices- Where Are We Today?", Abstract, First International Conference on Micro- phones and Minichannels April 24-25, 2003, Rochester, NY, USA; ICMM2003-1101) been discussed. Known microstructure heat exchangers are generally constructed from a stack of alternating layers of metal sheets with channel structures. The heat exchange takes place between the two guided fluids through a separation membrane from a layer with channel structure to the underlying and overlying layer. In this case, channel structures for more than two fluids are possible. The channels of the respective structural surface are geometrically arranged so that they can be combined in common connections.
[07] Einen beispielhaften Wärmetauscher mit gestapelten Blechen zeigt die US 5,193,611.[07] An exemplary heat exchanger with stacked sheets is shown in US 5,193,611.
[08] Die Kanalführung und die Kanalgeometrie orientieren sich an dem Kriterium, dass bei kompakter Bauweise eine optimale Materialausnutzung und gleichzeitig eine gleichmäßige Durchströmbarkeit der Struktur gewährleistet sein soll. Zudem sollen nach Möglichkeit durch die Kanalführung und die Wahl der Anschlüsse variable Einsatzmöglichkeiten gegeben sein, welche auch von Makrostruktur- Wärmetauschern bekannt sind, also insbesondere ein Betrieb als Gleichstrom-, Gegenstrom- und Kreuz¬ stromwärmetauscher.[08] The channel guidance and the channel geometry are based on the criterion that, in a compact design, optimum material utilization and at the same time uniform flowability of the structure should be ensured. In addition, if possible by the channel guide and the choice of connections variable applications are given, which are also known from macrostructure heat exchangers, ie in particular an operation as a DC, countercurrent and Kreuz¬ current heat exchanger.
[09] Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen sehr effektiven Wärmeaustauscher zur Verfügung zu stellen.[09] The present invention has for its object to provide a very effective heat exchanger available.
[10] Diese Aufgabe löst ein Mikrokanal-Rekuperator zum Wärmeaustausch zwischen zwei Fluiden, wel¬ cher flächig gestapelte dünne Folienlagen mit Freiräumen im Folienstapel aufweist, wobei die Freiräume in ihrer Anordnung zwei getrennte Mikrokanal- Systeme ergeben.[10] This object is achieved by a microchannel recuperator for exchanging heat between two fluids, which has sheet layers with free spaces in the film stack which are stacked in a planar manner, the free spaces in their arrangement providing two separate microchannel systems.
[11] Begrifflich sei hierzu erläutert, dass sich eine Folie von einem Blech insbesondere durch seine Dicke unterscheidet. Als Folien werden sich selbst tragende, flexible Gebilde mit einer Dicke von bis etwa 1 mm bezeichnet. Die nach der vorliegenden Erfindung zu verwendenden Folien sollen innerhalb dieser Bandbreite, jedoch insbesondere im Spektrum zwischen 2 μm und 500 μm, vor allem zwischen 2 μm und 300 μm liegen. Metallfolien können beispielsweise durch Walzverfahren gewonnen werden, Kunststoff¬ folien hingegen bevorzugt durch Schneiden, Stanzen, Ätzen, Gießen, Kalandrieren oder Extrudieren. Auch mit Verbundfolien lässt sich die Erfindung realisieren. Diese werden üblicher Weise durch Verkle¬ ben, Verschweißen oder Metallisieren im Hochvakuum hergestellt.[11] It should be explained conceptually that a film differs from a metal sheet in particular by its thickness. Self-supporting, flexible structures with a thickness of up to about 1 mm are referred to as films. The films to be used according to the present invention should be within this range, but in particular in the range between 2 microns and 500 microns, especially between 2 microns and 300 microns. Metal foils can be obtained, for example, by rolling processes, while plastic foils are preferably obtained by cutting, stamping, etching, casting, calendering or extruding. Even with composite films, the invention can be realized. These are usually produced by gluing, welding or metallizing in a high vacuum.
[12] Die Erfindung bricht mit der irrigen Vorstellung, dass Folien nicht zum Herstellen von druckbestän¬ digen und wirtschaftlich herstellbaren Mikrokanal-Strukturen geeignet sein können. Sie zeigt, dass durch geschicktes Anordnen der Folien mit Hilfe von Schlitzen und/oder Löchern in den Folien geeignete Ströme erzielt werden können. [13] Durch die Verwendung dünner Folien kann der Rekuperator nach der vorliegenden Erfindung im Vergleich zu bislang bekannten Mikrokanal- Wärmetauschern mit erheblich wirtschaftlicheren Ferti¬ gungsverfahren hergestellt werden. Auch ist er für den Wärmeaustausch von Fluiden im sehr tiefen bis sehr hohen Temperaturbereich sowie bei Niederdruck und Hochdruck einsetzbar. Zudem kann der Reku- perator mit einem nahezu beliebig großen Druckgefälle zwischen den beiden Fluiden betrieben werden, auch bei sehr hohen Druckdifferenzen über 1000 Bar, was angesichts der geringen Eigenfestigkeit einer Folie sehr überraschend ist. Außerdem eignet sich die Erfindung für Flüssigkeiten, Dämpfe und Gase.[12] The invention breaks with the erroneous idea that films can not be suitable for producing pressure-resistant and economically producible microchannel structures. It shows that by appropriate placement of the films by means of slots and / or holes in the films suitable currents can be achieved. [13] By using thin foils, the recuperator according to the present invention can be produced in comparison with hitherto known microchannel heat exchangers with considerably more economical production processes. It can also be used for the heat exchange of fluids in the very low to very high temperature range as well as at low pressure and high pressure. In addition, the recuperator can be operated with an almost arbitrarily large pressure gradient between the two fluids, even at very high pressure differences above 1000 bar, which is very surprising given the low inherent strength of a film. In addition, the invention is suitable for liquids, vapors and gases.
[14] Es sei darauf hingewiesen, dass der vorgeschlagene Rekuperator nicht nur den Wärmetausch zwi¬ schen gleichen Medien erlaubt, sondern dass gleiche und/oder andere Medien innerhalb der Mikrokanal- Systeme strömen und ihre Wärmeenergie untereinander austauschen können. Weiterhin sei betont, dass der vorgeschlagene Rekuperator nicht auf zwei Mikrokanal-Systeme beschränkt ist, sondern dass ohne weiteres auch mehrere Mikrokanal-Systeme in ihm angeordnet sein können, dabei können selbstverständ¬ lich auch mehr als zwei gleichartige und/oder verschiedene Fluide in den Mikrokanal-Systemen ohne ungewollte Vermischung aneinander entlang geführt werden, wobei die Kanalgeometrien ungleich sein können, also beispielsweise den Medien angepasst. Auch ist es ohne weiteres möglich den vorgeschlage¬ nen Rekuperator im Gleichstrom, im Gegenstrom oder örtlich variierend teils in Gleichstrom und teils in Gegenstrom zu btreiben.It should be noted that the proposed recuperator not only allows the heat exchange between the same media, but that the same and / or other media flow within the micro-channel systems and can exchange their heat energy with each other. Furthermore, it should be emphasized that the proposed recuperator is not limited to two microchannel systems, but that several microchannel systems can also be arranged in it without any problem, it being understood that more than two similar and / or different fluids in the microchannel Systems are guided along each other without unwanted mixing, wherein the channel geometries can be unequal, so for example adapted to the media. It is also readily possible to drive the proposed recuperator in direct current, in countercurrent or locally varying, partly in direct current and partly in countercurrent.
[15] Die Freiräume im Folienstapel werden durch Ausnehmungen in den Folienlagen gebildet. Die Aus¬ nehmungen können beispielsweise dadurch erzeugt sein, dass eine Folienlage eine flächig durchgehende Folie mit Schlitzen aufweist. Als Alternative hierzu kommen Folienstreifen in Betracht, In diesem Falle formen die Abstände zwischen den Streifen die Ausnehmungen der Folienlagen, sodass praktisch gleiche Geometrien im Kanalsystem erzeugt werden können. Zusätzlich und alternativ zu längserstreckten schlitzförmigen Ausnehmungen oder zu schlitzförmigen Abständen von Folienstreifen können Löcher verschiedenster Art Verwendung finden, beispielsweise runde oder eckige Löcher.[15] The free spaces in the film stack are formed by recesses in the film layers. The recesses may be produced, for example, in that a film layer has a continuous sheet with slots. In this case, the distances between the strips form the recesses of the film layers, so that practically identical geometries can be produced in the channel system. In addition to and alternatively to elongated slot-shaped recesses or to slot-shaped spacings of film strips, holes of various types may be used, for example round or angular holes.
[16] Im Folgenden wird die Erfindung zunächst in ihrer Ausbildung mit geschlitzten Folien oder Folien¬ streifen näher vorgestellt. Es sei darauf hingewiesen, dass nahezu alle Vorteile der Erfindung sowohl mit separaten Folienstreifen als auch mit geschlitzten durchgehenden Folien gleichermaßen erzielt werden können, auch wenn erfinderische Merkmale teilweise nur anhand einer Ausfuhrungsvariante beschreiben werden.[16] In the following, the invention will first be presented in more detail in its embodiment with slotted films or film strips. It should be noted that almost all advantages of the invention can be achieved equally both with separate film strips and with slotted continuous films, even if inventive features are described in part only by means of an embodiment variant.
[17] Es ist bevorzugt, dass Schlitze in den Folienlagen in einer Längsrichtung des Rekuperators und/oder der jeweiligen Folienlagen erstreckt sind. Auf diese Weise können längere Kanalstrukturen erreicht wer- den als bei einer Erstreckung der Schlitze in einer Richtung quer zur Haupterstreckungsrichtung. Auf¬ grund der üblicherweise angestrebten kompakten Bauweise eines Mikrokanal-Rekuperators wird in der Regel die Längsrichtung aller gestapelter Folien gleich sein und zudem mit einer Längsrichtung des ge¬ samten Rekuperators übereinstimmen.[17] It is preferable that slits in the film layers are extended in a longitudinal direction of the recuperator and / or the respective film layers. In this way, longer channel structures can be achieved. than at an extension of the slots in a direction transverse to the main direction of extension. Due to the usually desired compact construction of a microchannel recuperator, the longitudinal direction of all stacked films will generally be the same and, moreover, coincide with a longitudinal direction of the entire recuperator.
[18] Die Folienlagen sind besonders geeignet für eine Verwendung im Rahmen der vorliegenden Erfin¬ dung, wenn sie jeweils mehrere längserstreckte Schlitze und zwischen den Schlitzen liegende Stege auf¬ weisen, wobei die Stege breiter sind als die Schlitze. Eine solche Geometrie eröffnet vielfältige Möglich¬ keiten, die durch den Rekuperator zu führenden Fluide in möglichst langen, geraden Fließwegen zu lei¬ ten.[18] The film layers are particularly suitable for use in the context of the present invention if they each have a plurality of longitudinally extending slots and webs lying between the slots, the webs being wider than the slots. Such a geometry opens up manifold possibilities for guiding the fluids to be conveyed through the recuperator in the longest possible straight flow paths.
[19] Insbesondere können die einzelnen Folienlagen gegenüber ihren parallel liegenden benachbarten Folienlagen einen seitlichen Versatz senkrecht zur Längserstreckungsrichtung der insgesamt parallel liegenden Schlitze aufweisen. In diesem Falle können die Schlitze der Folienlagen jeweils von Stegen der benachbarten Folienlagen verdeckt werden. Wenn die Stege breiter sind als die Schlitze, sind die Schlitze vollständig überdeckt. Da bereits ein Versatz der benachbarten Folienlagen hierzu ausreicht, können für jede Folienlage gleich gestaltete Folien verwendet werden, was die Herstellung sehr kostengünstig macht.[19] In particular, the individual foil layers may have a lateral offset perpendicular to the longitudinal extension direction of the slits lying generally parallel to their mutually parallel adjacent foil layers. In this case, the slots of the film layers can each be covered by webs of the adjacent film layers. If the lands are wider than the slots, the slots are completely covered. Since an offset of the adjacent foil layers is sufficient for this purpose, identically designed foils can be used for each foil layer, which makes the production very cost-effective.
[20] Die Schlitzgeometrie jeder einzelnen Folienlage kann dabei einfach gehalten sein, bevorzugt durch ein Vielzahl von Schlitzen, welche parallel zueinander liegen, gleich lang sind und über ihre gesamte Länge eine gleiche Breite haben.The slot geometry of each individual film layer can be kept simple, preferably by a plurality of slots which are parallel to each other, are the same length and have an equal width over their entire length.
[21] Gleich gestaltete Folien können aber nicht nur mit einem Gesamtversatz so positioniert werden, dass die Schlitze jeder Folienlage durch einen Versatz der benachbarten Folienlagen und durch daraus folgen¬ des Überdecken der Schlitze zu Kanälen geformt werden. Vielmehr ist es auch möglich, die einzelnen Folien gezielt so zu formen, dass sich bei einem spiegelverkehrten Auflegen der jeweils benachbarten Folienlagen eine Überdeckung der Schlitze ergibt, was somit die erwünschten Mikrokanäle formt. Exakt gleich geformte Folien können demnach einfach so gestapelt werden, dass beim Erstellen des Stapels für jede zweite Lage die Folie umgedreht und dann erst aufgelegt wird.[21] However, films of the same design can not only be positioned with an overall offset such that the slits of each film layer are formed into channels by offsetting the adjacent film layers and thereby covering the slits. Rather, it is also possible to specifically shape the individual foils so that overlap of the slots results in a mirror-inverted placement of the respectively adjacent foil layers, thus forming the desired microchannels. Exactly the same shape films can therefore be simply stacked so that when you create the stack for every other layer, the film is turned over and then placed only.
[22] In einer formalen geometrischen Beschreibung ist diese Möglichkeit dann gegeben, wenn sich in einer Folienlage entlang zumindest nahezu jeder Strecke quer zur Längsrichtung der Schlitze die Bedin¬ gung erfüllt, dass sich zu jedem Punkt auf der Strecke, welcher einen ersten Abstand zu einer ersten Kan¬ te der Folienlage aufweist und welcher in einem Schlitz der Folienlage liegt, ein zweiter Punkt ergibt, der einen betragsmäßig mit dem ersten Abstand übereinstimmenden zweiten Abstand zur zweiten Kante der Folienlage aufweist, sich jedoch auf einem Steg zwischen den Schlitzen oder zwischen einem Randschlitz und dem Rand der Folienlage befindet. Einfacher ausgedrückt muss jedem Schlitz einer ersten Folienlage ein Steg zugeordnet werden können, der ihn abdeckt, wenn die benachbarte Folienlage eine zumindest im Wesentlichen gleiche Schlitzgeometrie aufweist und umgedreht auf die erste Folienlage gelegt wird.[22] In a formal geometrical description, this possibility is given when in a film layer along at least almost every distance transversely to the longitudinal direction of the slits the condition satisfies, that at each point on the track, which a first distance to a first edge of the film layer and which lies in a slot of the film layer, a second point results, which has a magnitude matching the first distance second distance to the second edge of the film layer, but on a web between the slots or between an edge slot and the edge of the film layer is located. More simply, each slot of a first film layer must be assigned a web which covers it when the adjacent film layer has an at least substantially identical slot geometry and is placed on the first film layer in an inverted manner.
[23] Es ist besonders bevorzugt, wenn auf jedem Schlitz einer Folienlage im Folienstapel ein Steg einer benachbarten Folienlage mittig zum Liegen kommt. Dabei muss nicht notwendigerweise eine einheitliche Geometrie der Folienlage bestehen. Wenn sich Schlitze und Stege mittig überdecken, verteilt sich die Wärme besonders homogen im Rekuperator, während dieser betrieben wird.[23] It is particularly preferred if on each slot of a film layer in the film stack a web of an adjacent film layer comes to rest in the middle. It does not necessarily have a uniform geometry of the film layer. If slots and webs overlap in the middle, the heat is distributed particularly homogeneously in the recuperator while it is being operated.
[24] Im Rahmen der Erfindung hat sich herausgestellt, dass ein besonders effektiver Wärmetausch statt¬ findet, wenn sich durch abwechselnde Überlagerung von schmalen Schlitzen und breiteren Stegen inner- halb des Folienstapels entlang einer Überlappungsbreite der Stege benachbarter Folienlagen durchgehen¬ de massive Wände im Werkstoff aufbauen, aus welchem im Querschnitt des Folienstapels die sich nicht mit benachbarten Lagen deckenden Bereiche der Stege als Mikrorippen seitlich hervorstehen.In the context of the invention it has been found that a particularly effective heat exchange statt¬ finds if by alternately superimposing narrow slits and wider webs within the film stack along an overlap width of the webs of adjacent film layers durchgehen¬ de massive walls in the material build, from which in the cross section of the film stack which do not cover with adjacent layers areas of the webs laterally project as micro ribs.
[25] Auch hier wurde festgestellt, dass die Wärmeströme sehr homogen verlaufen, wenn die Dicke dieser durch den Folienstapel verlaufenden Stapelwände überall zumindest im wesentlichen gleich ist. Wenn über ihre Längsrichtung in der Breite gleichbleibende Schlitze und Stege gestapelt sind und die Schlitze und Stege der jeweils benachbarten Folienlagen mittig übereinander gelegt sind, ergibt sich die Wanddi¬ cke im gesamten Folienstapel als die Hälfte der Differenz zwischen der Breite der Schlitze und der Breite der Stege.[25] Again, it was found that the heat flows are very homogeneous when the thickness of these running through the film stack pile walls everywhere is at least substantially the same. If uniform slits and webs are stacked over their longitudinal direction in the width and the slots and webs of the respectively adjacent film layers are centered over one another, the wall thickness in the entire film stack is half the difference between the width of the slits and the width of the slits Stege.
[26] Es ist ohne weiteres ersichtlich, dass die einzelnen Folienlagen am günstigsten alle in derselben Ge- ometrie herstellbar sind. Um Mikrokanäle von jeweils einer Dicke einer Folienlage zu erhalten, ist es aber notwendig, die Folien entweder mit einem Versatz zu stapeln oder sie — wenn am Rand des Folienstapels ein bündiger Abschluss erreicht werden soll - jeweils zueinander spiegelverkehrt aufzulegen. Das spie¬ gelverkehrte Auflegen kann dadurch erfolgen, dass zwei spiegelverkehrt liegende Herstellungsstapel bei der Herstellung eines erfindungsgemäßen Folienstapels abwechselnd verwendet werden. Alternativ kann von einem Herstellungsstapel gleich liegender Folien jede zweite umgedreht werden, bevor sie aufgelegt wird. Je nach gegebenen Randbedingungen kann eine sehr wirtschaftliche Herstellung auch dadurch erreicht werden, dass die Folienlagen zwei unterschiedliche Geometrien aufweisen, die insbesondere jeweils abwechselnd im Stapel zum Liegen kommen können.[26] It is readily apparent that the individual film layers are best produced in the same geometry. In order to obtain microchannels each having a thickness of a film layer, it is necessary to either stack the films with an offset or - if a flush finish is to be achieved at the edge of the film stack - each hang mirror-inverted to each other. The mirror-inverted placement can be effected by alternately using two production stacks lying in a mirror-inverted manner in the production of a film stack according to the invention. Alternatively, one-second of a make stack of films may be flipped over before being laid up. Depending on the given boundary conditions, a very economical production can also be achieved in that the foil layers have two different geometries, which in particular can each come to rest alternately in the stack.
[27] Unabhängig vom Vorgenannten wird vorgeschlagen, dass jeweils eine zweite Folienlage eine Durch- führung zwischen Schlitzen der benachbart liegenden ersten und der benachbart liegenden dritten Folien¬ lage aufweist, während diese Schlitze ansonsten durch einen Steg in der zweiten Folienlage getrennt sind. Die Durchführung kann bevorzugt jeweils am Ende der Schlitze der ersten und der dritten Folienlage anschließen. Durch das Vorsehen einer Durchführung innerhalb des Folienstapels zwischen den als Mik- rokanälen dienenden Schlitzen verschiedener Folienlagen, die ansonsten getrennt sind, entfällt eine um¬ ständliche Leitungsführung am Rand des Folienstapels. Auf diese Weise baut der vorgeschlagene Reku- perator wiederum sehr kostengünstig und kompakt. Die Durchführung dient auf einfache Weise zur Ver¬ teilung des Fluids innerhalb des Mikrokanal-Systems.Regardless of the above, it is proposed that a respective second film layer has a passage between slots of the adjacent first and adjacent third film layers, while these slots are otherwise separated by a web in the second film layer. The bushing may preferably connect at the end of the slots of the first and third film layers. By providing a feedthrough within the film stack between the slots of different film layers which serve as microchannels, which are otherwise separated, there is no need for a cumbersome routing at the edge of the film stack. In this way, the proposed recuperator in turn builds very cost-effective and compact. The feed is used in a simple manner for distributing the fluid within the microchannel system.
[28] Eine Durchführung kann vorteilhaft rohrfδrmig ausgestaltet sein und durch mehrere Folienlagen, insbesondere durch alle übereinander gestapelten Folienlagen verlaufen. Auf diese Weise ist innerhalb der Durchführung der hydrodynamische Energieverlust minimal. Außerdem werden die von der Durch- führung abzweigenden Mikrokanäle gleichmäßig mit dem Fluid des jeweiligen Kanalsystems versorgt. Eine rohrfδrmige Durchführung ergibt sich dann, wenn die einzelnen Folien übereinanderliegende Lö¬ cher aufweisen. Diese können beliebige Formen annehmen. Beispielsweise ergibt sich eine zylindrisch- rohrfδrmige Durchführung, wenn kreisrunde Löcher in den Folien übereinander so angeordnet sind, dass die Löcher exakt übereinander liegen. Bei einem gleichmäßigen leichten Versatz ergäbe sich eine Rohr- form in Form eines schiefen Zylinders. Bei rechteckigen oder quadratischen Löchern ergibt sich dement¬ sprechend eine rechteckige bzw. quadratische rohrförmige Durchführung. Es versteht sich, dass auch jede beliebige weitere Lochform zum Einsatz kommen kann, wobei dies lediglich auf resultierenden Quer¬ schnitt der Durchführung Einfluss hat.[28] A bushing can advantageously be designed tubular and extend through a plurality of film layers, in particular through all the film layers stacked one above the other. In this way, within the implementation, the hydrodynamic energy loss is minimal. In addition, the microchannels branching off from the bushing are supplied uniformly with the fluid of the respective duct system. A tubular implementation is obtained when the individual films have overlapping holes. These can take any forms. For example, a cylindrical tube-shaped leadthrough results if circular holes are arranged one above the other in the foils so that the holes lie exactly one above the other. With a uniform slight misalignment would result in a tube shape in the form of a crooked cylinder. In the case of rectangular or square holes, accordingly, a rectangular or square tubular passage is obtained. It goes without saying that any other hole shape can also be used, whereby this has only an effect on the resulting cross section of the bushing.
[29] Um den Mikrokanal-Rekuperator mit mindestens zwei Fluiden zu speisen und diese nach dem Wär- metausch abzuführen, wird vorgeschlagen, dass der Rekuperator für jedes Fluid und somit für jedes Mik- rokanalsystem eine Sammelzufuhr und eine Sammelabfuhr aufweist. Diese sind bevorzugt an sämtliche[29] In order to feed the microchannel recuperator with at least two fluids and to discharge them after the heat exchange, it is proposed that the recuperator has a collecting feed and a collecting discharge for each fluid and thus for each microchannel system. These are preferred to all
Mikrokanal-Schlitze der Folienlagen in Kolonnen senkrecht zu den Folienebenen angeschlossen, wobei jeweils eine gesamte Kolonne einem Kanalsystem zugeordnet ist. Das erste Kanalsystem umfasst somit sämtliche übereinander liegenden Mikrokanäle einer ersten, dritten usw. Kolonne, das zweite Kanalsys- tem umfasst demgegenüber sämtliche übereinander liegenden Mikrokanäle der zweiten, vierten usw.Microchannel slots of the film layers connected in columns perpendicular to the film planes, each one column is associated with a channel system. The first channel system thus comprises all superimposed microchannels of a first, third, etc. column, whereas the second channel system comprises all the superposed microchannels of the second, fourth, etc.
Kolonne.Column.
[30] Gleichzeitig sind die beiden Mikrokanalsysteme bevorzugt an die einzelnen Folienlagen abwech¬ selnd angeschlossen.[30] At the same time, the two microchannel systems are preferably connected alternately to the individual film layers.
[31] Diese Geometrie der Mikrokanal- Systeme ist ein deutlicher Bruch mit bisher bekannten Wärmetau- schern. Bei diesen werden die beiden Fluide zwar ebenfalls in die Lagen der Blechstapel abwechselnd eingespeist. Die Lagen sind jedoch durch Membranen getrennt, sodass entlang eines rechtwinkligen Ras- ters im Querschnitt durch den Blechstapel die beiden Kanalsysteme überall übereinander abwechselnde Kanäle aufweisen. In einer Kolonne übereinander liegende Kanäle gehören somit abwechselnd zum ers¬ ten und zum zweiten Kanalsystem. Bei dem vorgeschlagenen Rekuperator ist dies nicht der Fall, da die einzelnen Lagen mit Mikrokanälen nicht durch membranartige Bauteile ohne weitere Funktion getrennt sind, sondern durch jeweils die nächste Lage, wobei diese ihrerseits ebenfalls Mikrokanäle aufweist, nur dass diese versetzt angeordnet sind.[31] This geometry of the microchannel systems is a clear break with previously known heat exchangers. Although these two fluids are also fed alternately into the layers of sheet stacks. However, the layers are separated by membranes, so along a rectangular Ters in cross-section through the stack of sheets, the two channel systems everywhere have one another alternating channels. In a column superimposed channels thus belong alternately to ers¬ th and the second channel system. In the proposed recuperator this is not the case, since the individual layers with microchannels are not separated by membrane-like components without further function, but by each of the next layer, which in turn also has microchannels, only that they are arranged offset.
[32] Bei einem Rekuperator nach der hier vorliegenden Erfindung werden nach einem ihrer Aspekte die Kanäle der Mirokanal- Strukturen diagonal zueinander angeordnet. Infolgedessen ergibt sich ein Wärme- fluss zwischen den jeweils nächstliegenden Kanälen der beiden getrennten Mikrokanalstrukturen in zwei Richtungen, welche schräg von einem jeden Mikrokanal einer zweiten Folienlage zu den vier versetzt liegenden parallelen Mikrokanälen der benachbarten ersten bzw. der benachbarten dritten Folienlage führen. Demgegenüber liegen bei herkömmlichen Wärmetauschern die nächstliegenden benachbarten Mikrokanäle im Raster über einen Querschnitt durch den Folienstapel genau oberhalb und genau unter¬ halb eines jeden Mikrokanals jeder zweiten Folienlage. Insofern hat bei herkömmlichen Wärmetauschern jeder Mikrokanal nur zwei nächstliegende Mikrokanäle des jeweils anderen Mikrokanalsystems.[32] In one recuperator according to the present invention, according to one of its aspects, the channels of the Mirokanal structures are arranged diagonally to each other. As a result, there is a heat flow between the respective closest channels of the two separate microchannel structures in two directions, which lead obliquely from each microchannel of a second film layer to the four offset parallel microchannels of the adjacent first and the adjacent third film layer. In contrast, in conventional heat exchangers, the nearest adjacent microchannels are arranged in the grid over a cross section through the film stack just above and exactly below each microchannel of each second film layer. In this respect, in conventional heat exchangers each microchannel only has two nearest microchannels of the other microchannel system.
[33] Diese Sammelzufuhr und die Sammelabfuhr sind bevorzugt auf verschiedenen Seiten des Foliensta¬ pels in Deckplatten oder an Deckplatten so angeschlossen, dass Sie eine kreuzungsfreie Rückführung der beiden Fluide ermöglichen.[33] This collection feed and the collection discharge are preferably connected to cover plates or cover plates on different sides of the film stack in such a way that they permit a crossing-free recycling of the two fluids.
[34] Sofern die einzelnen Folienlagen anstelle von oder zusätzlich zu Schlitzen gelocht sind, wird vorge- schlagen, dass die Löcher in jeder Folienlage in einem Raster angeordnet sind, sodass sich auf jeder Fo¬ lienlage eine erste Schar von zwischen den Löchern hindurch verlaufenden Stegen und eine zweite, zur ersten Schar senkrecht angeordnete Schar von Stegen ergibt, und dass die Folienlagen mit einem Versatz der Löcher gestapelt ist, sodass zwischen zwei Löchern einer ersten und einer dritten Lage, die überein¬ ander liegen, ein Steg in der zweiten Folienlage liegt, der noch eine Durchführung zwischen den Löchern der ersten und der dritten Lage verbleiben lässt. Bei einer solchen Anordnung ist jedes Loch mit zwei deckungsgleich angeordneten Löchern verbunden, die zwei Folienlagen oberhalb bzw. zwei Folienlagen unterhalb liegen. Dazwischen liegen zwei Stege, nämlich jeweils ein Steg der Folienlage direkt oberhalb bzw. der Folienlage direkt unterhalb. Gleichzeitig sind in der Versatzrichtung nebeneinander liegende Löcher einer Folienlage verbunden, da sie beide einen Zugang zu je einem Loch in der darüber liegenden und der darunter liegenden Folienlage haben. So ergibt sich ein Fließkanal entlang der Versatzrichtung der Löcher, und es wird eine mäanderförmige Stromlinie beim Strömen der Fluide durch die getrennten Mikrokanal-Systeme entlang dieser Richtung erzeugt. [35] Auch hier kann eine Wärmeverteilung besonders homogen beobachtet werden, wenn die Stege der ersten Stegschar einer Folienlage mittig auf den Löchern der benachbarten Folienlage angeordnet werden.[34] If the individual film layers are perforated instead of or in addition to slots, it is proposed that the holes in each film layer be arranged in a grid so that a first group of webs extending between the holes extends on each film layer and a second set of webs arranged perpendicularly to the first group, and that the film layers are stacked with an offset of the holes, so that between two holes of a first and a third layer, which lie one above the other, a web lies in the second film layer which still leaves a passage between the holes of the first and the third layer. In such an arrangement, each hole is connected to two holes arranged congruently, the two film layers are above or two film layers below. In between are two webs, namely one web of the film layer directly above or the film layer directly below. At the same time adjacent holes of a film layer are connected in the offset direction, since they both have access to a hole in the overlying and the underlying film layer. Thus, a flow channel results along the offset direction of the holes, and a meandering streamline is created as the fluids flow through the separate microchannel systems along that direction. Here, too, a heat distribution can be observed particularly homogeneous if the webs of the first pair of webs of a film layer are arranged centrally on the holes of the adjacent film layer.
[36] Während die eine Stegschar bei der vorgeschlagenen versetzten Stapelung als strömungsumlenkende Flächen zwischen die Löcher der jeweils benachbarten Folienlagen gesetzt werden soll, wird vorgeschla- gen, dass die Stege der zweiten Stegschar zwischen benachbarten Folienlagen einander deckend gestapelt werden sollen. Auf diese Weise ergibt die Gesamtheit der übereinander deckend gestapelten Stege der zweiten Stegschar eine Schar von massiven Werkstoffwänden innerhalb des vorliegenden Stapels, ver¬ gleichbar derjenigen massiven Werkstoffwand, die durch die Überlappungsbereiche beim Aufstapeln versetzter geschlitzter Folien beschrieben wurde. Die Stege der ersten Stegschar stehen seitlich von der Wandschar - die ja aus den aneinanderliegenden Stegen der zweiten Stegschar besteht - ab und verbin¬ den die einzelnen parallelen Wände der Wandschar. Insofern ergibt sich auch hier eine durch deckende Stapelung geschaffene massive Werkstoffwand bzw. eine Schar von Werkstoffwänden, welche den ge¬ samten Folienstapel durchläuft, wobei jede Wand seitlich vorstehende Rippen aufweist, welche in die unterschiedlichen Mikrokanalsysteme ragen. Über die Rippen und quer durch die Wand hindurch kann somit im Betrieb des vorgeschlagenen Rekuperators der Wärmeaustausch erfolgen.[36] While one pair of webs is to be placed between the holes of the respectively adjacent film layers as flow-deflecting surfaces in the proposed offset stacking, it is proposed that the webs of the second web section be stacked between adjacent film layers. In this way, the entirety of the webs of the second pair of webs stacked on top of each other in a covering manner results in a family of massive material walls within the present stack, comparable to that solid material wall which was described by the overlapping areas when piled-up slotted films were stacked. The webs of the first set of ridges are laterally from the flock of walls - which consists of the adjacent webs of the second set of ridges - and verbin¬ the individual parallel walls of the flock of mountains. In this respect, a solid material wall created by covering stacking or a group of material walls, which passes through the entire film stack, also results here, each wall having laterally projecting ribs which protrude into the different microchannel systems. The heat exchange can thus take place via the ribs and across the wall during operation of the proposed recuperator.
[37] Sowohl bei den vorgeschlagenen Ausfuhrungsvarianten mit Schlitzen als auch bei der Ausführung mit Löchern sind bevorzugt bezüglich der Stapelrichtung übereinander liegende Freiräume - auch als Kolonnen bezeichnet — zu einem Kanalsystem verbunden. Durch diese Anordnung ist die Mikrokanal- struktur weitestgehend unabhängig von etwaigen Druckdifferenzen zwischen den Fluiden: während bei herkömmlichen Wärmetauschern eine dünne Membran so zwischen den beiden Fluiden liegt, dass zwi¬ schen ihrer Ober- und Unterseite die Druckdifferenz der beiden Fluide wirkt, liegen die dünnen plattenar¬ tigen Rippen nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung zwischen Kanälen desselben Kanalsystems. Auf sie wirkt somit keine Druckdifferenz. Die Druckdifferenz wirkt lediglich seitlich innerhalb des Fo¬ lienstapels, also zwischen den Seiten der massiven Wände.[37] Both in the proposed variants with slots and in the embodiment with holes are preferably with respect to the stacking direction superimposed clearances - also known as columns - connected to a channel system. By virtue of this arrangement, the microchannel structure is largely independent of any pressure differences between the fluids: whereas in conventional heat exchangers, a thin membrane lies between the two fluids, so that the pressure difference between the two fluids acts between their top and bottom surfaces plate-like ribs according to one aspect of the present invention between channels of the same channel system. So no pressure difference acts on them. The pressure difference acts only laterally within the foil stack, ie between the sides of the solid walls.
[38] Die Erfindung wird nachfolgend anhand dreier Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnung weiter erläutert. Hier zeigen:[38] The invention will be further explained below with reference to three exemplary embodiments with reference to the drawing. Show here:
Figur 1 eine schematische Draufsicht auf eine Folie mit Schlitzen und Durchführungen,1 shows a schematic plan view of a film with slots and feedthroughs,
Figur 2 in einer schematischen perspektivischen Ansicht einen Stapel aus Folien gemäß derje¬ nigen aus Figur 1, wobei der Folienstapel etwa auf Höhe der Kennzeichnung II-II in Fi- gur 1 geschnitten ist, Figur 3 in einer schematischen perspektivischen Ansicht einen Wärmetauscher mit dem Folien¬ stapel aus Figur 2 als zentrales Bauelement, wobei der Folienstapel aus Figur 2 etwa entlang der Markierung III-III geschnitten ist,FIG. 2 is a schematic perspective view of a stack of films according to FIG. 1, the film stack being cut approximately at the height of the marking II-II in FIG. 3 shows a schematic perspective view of a heat exchanger with the Folien¬ stack of Figure 2 as a central component, wherein the film stack of Figure 2 is approximately along the marking III-III cut,
Figur 4 eine mit der Ansicht in Figur 2 vergleichbare schematische perspektivische Ansicht eines Folienstapels, bei welchem anstatt geschlitzter Folien Folienstreifen verwendet sind,FIG. 4 shows a schematic perspective view of a film stack comparable to the view in FIG. 2, in which film strips are used instead of slotted foils,
Figur 5 schematisch in einer Draufsicht eine alternative Folie zum Aufbauen eines Folienstapels für einen Mikro-Rippenwand-Rekuperator undFIG. 5 is a schematic plan view of an alternative film for constructing a film stack for a micro-ribbed recuperator and FIG
Figur 6 einen Folienstapel aus Folien gemäß Figur 5 in einer perspektivischen Ansicht gemäß Blickrichtungs- und Schnittkennzeichnung VI-VI in Figur 5.FIG. 6 shows a foil stack of foils according to FIG. 5 in a perspective view according to the viewing direction and sectional marking VI-VI in FIG. 5.
[39] Die Folie 1 in Figur 1 hat eine im wesentlichen rechteckige, längserstreckte Form. In ihr sind vier Schlitze 2 vorgesehen, die parallel zueinander und zu einer Längsachse der Folie 1 angeordnet sind. Au¬ ßerdem sind neben jedem Schlitz an den beiden Schlitzenden zwei Löcher 4 (exemplarisch beziffert) in die Folie 1 eingebracht.[39] The film 1 in Figure 1 has a substantially rectangular, elongated shape. In her four slots 2 are provided, which are arranged parallel to each other and to a longitudinal axis of the film 1. In addition, two holes 4 (numbered as an example) are introduced into the film 1 next to each slot at the two slot ends.
[40] Zwischen zwei Schlitzen 2 liegt jeweils ein Steg 5, der quer zur Längsachse 3 breiter ist als die Schlitze 2.[40] Between two slots 2 is in each case a web 5, which is transverse to the longitudinal axis 3 wider than the slots. 2
[41] Die Schlitze 2 der Folie 1 können beispielsweise durch Stanzen, Lasern, Ätzen oder andere Ferti¬ gungsmethoden in die Folie 1 eingebracht werden. Gleiches gilt für die Löcher 4. Je nach der gewünsch¬ ten Geometrie der Kanalsysteme im Wärmetauscher können sowohl die Schlitze 2 als auch die Stege 5 in ihrer Breite variieren, bei einem Wärmetauscher nach der hier vorgestellten Ausführungsform sollen jedoch die Breite der Schlitze 2 ebenso wie die Breite der Stege 5 über die gesamte Länge der Folie 1 konstant sein. Ferner sollen die Stege 5 breiter sein als die Schlitze 2.[41] The slots 2 of the film 1 can be introduced into the film 1, for example, by punching, lasering, etching or other production methods. The same applies to the holes 4. Depending on the gewünsch¬ th geometry of the channel systems in the heat exchanger, both the slots 2 and the webs 5 vary in width, in a heat exchanger according to the embodiment presented here, however, the width of the slots 2 as well the width of the webs 5 over the entire length of the film 1 to be constant. Furthermore, the webs 5 should be wider than the slots. 2
[42] Die Schlitze 2 und somit auch die Stege 5 sind auf der Folie 1 ausmittig angeordnet. Konkret sind die vier Schlitze 2 gegenüber einer theoretisch möglichen mittigen Lage in eine Querrichtung 6 versetzt. Der Versatz ist so gewählt, dass beim Auflegen einer zweiten Folie (vergleiche Figur 2) auf die Folie 1 jeder Schlitz 2 in der Folie 1 mit einem Steg bedeckt ist, wenn die aufzulegende zweite Folie baugleich mit der Folie 1, aber bezüglich der Längsachse 3 spiegelverkehrt ist.[42] The slots 2 and thus also the webs 5 are arranged on the film 1 outwardly. Specifically, the four slots 2 are offset from a theoretically possible central position in a transverse direction 6. The offset is chosen so that when placing a second film (see Figure 2) on the film 1, each slot 2 in the film 1 is covered with a web, if the aufzulegende second film is identical to the film 1, but with respect to the longitudinal axis is mirrored.
[43] Die gewünschte vollständige Überdeckung jedes Schlitzes 2 mit einem Steg der darüber liegenden Folie wird durch die Geometrie erzwungen, da entlang einer Querstrecke 7 zu jedem Punkt (exemplarisch beziffert mit 8, 9, 10), der innerhalb eines Schlitzes 2 liegt, ein Gegenpunkt 8', 9', 10' existiert, der be¬ tragsmäßig einen gleichen Abstand zu einem ersten Rand 11 bzw. zu einem zweiten Rand 12 der Folie 1 hat und auf einem Steg 5 liegt. Der Abstand zwischen dem Rand des speziellen Schlitzes 13 und der Längsachse 3 ist genau so eingestellt, dass der Abstand vom Rand des speziellen Schlitzes 14 zur Längs- achse 3 betragsmäßig die Breite eines Schlitzes 2 zuzüglich zweimal dem Abstand der Kante des speziel¬ len Schlitzes 13 zur Längsachse 3 beträgt. Hierdurch kommen beim Auflegen einer spiegelverkehrt ange¬ ordneten, also beispielsweise gegenüber der Folie 1 verdrehten, zweite Folie die Schlitze der jeweils einen Folie genau mittig unter den Stegen der jeweils anderen Folie zum Liegen.[43] The desired complete coverage of each slot 2 with a web of the overlying film is enforced by the geometry, as along a transverse distance 7 to each point (exemplary numbered 8, 9, 10), which is located within a slot 2, a counter point 8 ', 9', 10 'exists, the be¬ tragsmäßig a same distance from a first edge 11 and to a second edge 12 of the film first has and is located on a bridge 5. The distance between the edge of the special slot 13 and the longitudinal axis 3 is set exactly so that the distance from the edge of the special slot 14 to the longitudinal axis 3 amounts to the width of a slot 2 plus twice the distance of the edge of the special slot 13 to the longitudinal axis 3. As a result, when a mirror-inverted ange¬ arranged, ie, for example, compared to the film 1 twisted, the second slide, the slots of each slide exactly centered under the webs of the other film to lie.
[44] Wenn mehrere Folien 1 nach Figur 1 in jeweils abwechselnder Orientierung deckungsgleich überein- ander gelegt werden, ergibt sich der Folienstapel 20 in Figur 2. Vier Folien 21, 22, 23, 24 liegen dort übereinander. Es sei darauf hingewiesen, dass die Folien 21, 22, 23, 24 des Folienstapels 20 in Figur 2 nicht vollständig dargestellt sind, sondern der Folienstapel 20 in etwa gemäß der Kennzeichnung II-II in Figur 1 geschnitten ist. Wie sich aus der Geometrie der Folien 21, 22, 23, 24 (identisch mit Folie 1) erge¬ ben musste, ist jeder Schlitz (exemplarisch beziffert mit 25) genau mit zwei Stegen (exemplarisch bezif- fert mit 26, 27) genau mittig abgedeckt.[44] If several foils 1 according to FIG. 1 are superimposed congruently in alternating orientations, the foil stack 20 in FIG. 2 results. Four foils 21, 22, 23, 24 lie one above the other there. It should be noted that the films 21, 22, 23, 24 of the film stack 20 are not completely shown in Figure 2, but the film stack 20 is cut approximately in accordance with the marking II-II in Figure 1. As had to be apparent from the geometry of the films 21, 22, 23, 24 (identical to film 1), each slot (exemplarily numbered 25) is exactly centered exactly with two webs (exemplarily numbered 26, 27) covered.
[45] Da die Stege 26, 27 breiter sind als die Schlitze 25, gibt es einen Überlappungsbereich (exemplarisch beziffert mit 28), in welchem sich die Stege jeder einzelnen Lage 21, 22, 23, 24 durch die gesamte Höhe des Folienstapels 20 einheitlich massiv überlappen. Insofern ergeben sich innerhalb der Überlappungsbe¬ reiche 28 massive Wände über die Gesamthöhe des Folienstapels 20, welche sich parallel zueinander entlang der Ränder der Schlitze 25 über deren gesamten Länge erstrecken.[45] Since the lands 26, 27 are wider than the slots 25, there is an overlap area (exemplified by 28) in which the lands of each layer 21, 22, 23, 24 are uniform throughout the height of the film stack 20 overlap massively. In this respect, 28 massive walls within the Überblappungsbe¬ arise over the total height of the film stack 20, which extend parallel to each other along the edges of the slots 25 over its entire length.
[46] Durch die Schichtung der Folien 21, 22, 23, 24 mit den komplett über- bzw. unterdeckten Schlitzen 25 entstehen außerdem in jeder Folienlage 21, 22, 23, 24 Kanäle 29. Die Kanäle 29 sind durch die Wände 28 seitlich voneinander getrennt und liegen bezüglich jeder Wand 28 über deren Höhe abwechselnd. Entlang der speziellen Wand 30 liegt ein erster Mikrokanal 31 auf der ersten Seite. In der Höhe der Wand 30 liegt als nächstes auf der gegenüberliegenden Seite der spezielle Kanal 32. Als nächstes folgt schräg versetzt der spezielle Kanal 33. Schließlich wiederum diagonal auf die andere Seite versetzt findet sich dann auf der gegenüberliegenden Seite der spezielle Kanal 34.In addition, the layers of films 21, 22, 23, 24 with the slots 25 completely overlapped or underlaid result in channels 29 in each film layer 21, 22, 23, 24. The channels 29 are laterally separated from each other by the walls 28 separated and lie with respect to each wall 28 over the height alternately. Along the special wall 30 is a first microchannel 31 on the first side. Next, on the opposite side, there is the special channel 32 at the height of the wall 30. Next, the special channel 33 follows obliquely offset. Finally, in turn, diagonally offset to the other side, the special channel 34 is found on the opposite side.
[47] Die genaue Form der Kanäle 29 ist durch die Dicke der Folien 21, 22, 23, 24 und durch die Breite der Schlitze 25 bestimmt. Die Breite der Wände 28, 30 ist durch die Breite der Stege und Schlitze be- stimmt: sie beträgt die Hälfte der Differenz von Steg- und Schlitzbreite. [48] Durch die Geometrie der gestapelten Folien 21, 22, 23, 24 kommt auf jedem Kanalende (exempla¬ risch gekennzeichnet mit 35) ein Loch (exemplarisch gekennzeichnet mit 36) der jeweils benachbarten Folie zum Liegen. Hierdurch ergeben sich rohrähnliche Kanäle (in ihrem Verlauf nicht dargestellt), die den Folienstapel über dessen gesamte Höhe senkrecht zu den Folienlagen 21, 22, 23, 24 durchlaufen. Diese rohrähnlichen Kanäle ermöglichen jeweils eine Verbindung zwischen den übereinanderliegenden Schlitzen der jeweils zweiten Folienlagen 21, 23 bzw. 22, 24. Auf diese Weise kann Fluid, welches in den rohrähnlichen Kanälen senkrecht durch den Folienstapel 20 läuft, die Mikrokanäle 29 in jeder zweiten Folienlage erreichen.[47] The exact shape of the channels 29 is determined by the thickness of the films 21, 22, 23, 24 and by the width of the slots 25. The width of the walls 28, 30 is determined by the width of the webs and slots: it is half the difference between web and slot width. [48] Due to the geometry of the stacked foils 21, 22, 23, 24, a hole (exemplarily marked 36) of the respectively adjacent foil comes to rest on each end of the channel (exemplarily identified by 35). This results in tube-like channels (not shown in their course), which pass through the film stack over its entire height perpendicular to the film layers 21, 22, 23, 24. These tube-like channels each allow a connection between the superimposed slots of the respective second film layers 21, 23 and 22, 24. In this way, fluid, which runs in the tube-like channels perpendicular through the film stack 20, reach the microchannels 29 in every other film layer ,
[49] Mit der Aufstapelung der geschlitzten Folien 21, 22, 23, 24 zum vorliegenden Stapel 20 entsteht eine Wärmetauscherstruktur, bei der die jeweils übereinanderliegenden Mikrokanäle 29 Kolonnen in der senk¬ rechten Ebene des Stapels 20 bilden, die durch Wände 28, 30 voneinander getrennt sind.With the stacking of the slotted foils 21, 22, 23, 24 to the present stack 20 creates a heat exchanger structure in which the respective superimposed microchannels 29 form columns in the senk¬ right level of the stack 20 by walls 28, 30 from each other are separated.
[50] Zum Betrieb als Wärmetauscher wird der Folienstapel 20 wie folgt verwendet: Der Folienstapel 20 wird auf seiner Oberseite 40 und auf seiner Unterseite 41 mit Deckplatten 42, 43 abgedeckt. Die rohrähn¬ lichen Kanäle 44, 45 im Folienstapel 20 werden durch Bohrungen 46, 47 in den Deckplatten 42, 43 mit Sammelzufuhrrohren und Sammelabfuhrrohren 48, 49, 50, 51 verbunden. Dabei wird eine erste Schar 44 von rohrähnlichen Kanälen mit der Sammelzufuhr 48 und der Sammelabfuhr 49 verbunden, während die zweite Schar 45 der rohrähnlichen Kanäle mit der Sammelzufuhr 50 und der Samnielabfuhr 51 verbun¬ den wird. Bei der Benutzung als Gegenstromwärmetauscher wird ein erstes Fluid 52 (durch einen Flie߬ richtungspfeil dargestellt) durch die Sammelzufuhr 48 zum Mikrokanal- Wärmetauscher zugeführt. Über die Bohrungen 46 verteilt sich das erste Fluid 52 in die erste Schar 45 der rohrähnlichen Kanäle und von dort aus in die zahlreichen Mikrokanäle, welche den Folienstapel 20 entlang der jeweiligen Schlitzlänge zur anderen Seite hin durchlaufen. Auf der gegenüber liegenden Seite wird das erste Fluid 52 durch die dort vorhandenen rohrähnlichen Kanäle (nicht dargestellt) wieder gesammelt und der Sammelabfuhr 49 zugeführt.For operation as a heat exchanger, the film stack 20 is used as follows: The film stack 20 is covered on its top 40 and on its bottom 41 with cover plates 42, 43. The rohrähn¬ union channels 44, 45 in the film stack 20 are connected by bores 46, 47 in the cover plates 42, 43 with Sammelzufuhrrohren and Sammelabfuhrrohren 48, 49, 50, 51. In this case, a first group 44 of tube-like channels is connected to the collecting feed 48 and the collecting discharge 49, while the second group 45 of the tube-like channels is connected to the collecting feed 50 and the Samnielabfuhr 51. When used as a countercurrent heat exchanger, a first fluid 52 (represented by a flow direction arrow) is supplied through the collection feed 48 to the microchannel heat exchanger. Via the bores 46, the first fluid 52 is distributed into the first family 45 of the tube-like channels and from there into the numerous microchannels which pass through the film stack 20 along the respective slot length to the other side. On the opposite side, the first fluid 52 is collected again by the tube-like channels (not shown) present there and fed to the collecting discharge 49.
[51] Gleichzeitig durchläuft ein zweites Fluid 53 den Wärmetauscher 54 in entgegengesetzter Richtung: Es strömt über die Sammelzufuhr 50 (Sammelzufuhrrohr auf der Rückseite des Wärmetauschers 54, nicht dargestellt) über dortige rohrähnliche Kanäle (nicht dargestellt) in die horizontal liegenden Mikrokanäle, durchläuft diese zur Frontseite des Wärmetauschers 54 hin, wird dort in der ersten Schar der rohrähnli¬ chen Kanäle 54 gesammelt und der Sammelabfuhr 51 zugeführt. Mit dieser Anordnung der Zuleitungen und Ableitungen erfolgt das Sammeln der die Mikrokanäle durchströmenden Fluide ohne eine Kreuzung der Fluide. [52] Der Wärmetausch findet wie folgt statt: Das erste Fluid 52 wird durch sein abgetrenntes Mikrokanal- system jeder zweiten Mikrokanalkolonne zugeführt und durchfließt alle Mikrokanäle dieser Kolonnen in voller Länge. Das zweite Fluid 53 wird auf der gegenüberliegenden Seite des Wärmetauschers 54 jeder anderen zweiten Mikrokanalkolonne zugeführt und durchströmt den Wärmetauscher 54 in entgegenge- setzter Richtung. Die beiden strömenden Fluide 52, 53 sind somit in vollständig voneinander getrennten Kanalsystemen, wobei die Mikrokanäle und die rohrähnlichen Kanäle 44, 45 jeweils durch massive Wände (exemplarisch mit 55 gekennzeichnet) getrennt sind. Durch die abwechselnd auf beiden Seiten der Wände 55 über deren Höhe angeordneten, aus ihnen seitlich hervorstehenden Stege der einzelnen Folienlagen des Folienstapels 40 ergibt sich eine beidseitige Struktur von Mikrorippen an den Wänden 55. Durch die Wände 55 mit der beidseitigen Mikrorippenstruktur erfolgt der Wärmetausch zwischen den beiden Fluiden 52, 53, wobei die Mikrorippen großflächigen Kontakt mit den strömenden Fluiden 52, 53 haben.[51] Simultaneously, a second fluid 53 passes through the heat exchanger 54 in the opposite direction: it flows through the collection supply 50 (collecting supply pipe on the back of the heat exchanger 54, not shown) via local tube-like channels (not shown) in the horizontal microchannels, passes through them towards the front of the heat exchanger 54, there is collected in the first group of rohrähnli¬ chen channels 54 and the collection discharge 51 is supplied. With this arrangement of the leads and leads, the collection of fluids flowing through the microchannels takes place without intersection of the fluids. The heat exchange takes place as follows: The first fluid 52 is fed through a separate microchannel system to every other microchannel column and flows through all microchannels of these columns in full length. The second fluid 53 is supplied on the opposite side of the heat exchanger 54 to every other second microchannel column and flows through the heat exchanger 54 in the opposite direction. The two flowing fluids 52, 53 are thus in completely separate channel systems, wherein the microchannels and the tube-like channels 44, 45 are each separated by solid walls (designated 55 by way of example). By alternately arranged on both sides of the walls 55 over the height thereof, laterally projecting webs of the individual film layers of the film stack 40 results in a two-sided structure of micro ribs on the walls 55. Through the walls 55 with the double-sided micro rib structure of the heat exchange between the two fluids 52, 53, wherein the micro-ribs have large-area contact with the flowing fluids 52, 53.
[53] Der Folienstapel 20' in Figur 4 benutzt zum Bilden von Stegen einer Folienlage (exemplarisch bezif¬ fert mit 21', 24') einzelne streifenförmige Folien 21a, 21b, 21c, 2Id. bzw. 24a, 24b, 24c, 24d. Die Schlitze werden somit durch den Abstand zwischen den einzelnen Folienstreifen gebildet. Ansonsten führt die Verwendung von Folienstreifen zu keinen strukturellen Unterschieden gegenüber den geschlitzten Folien 21, 22, 23, 24.[53] The film stack 20 'in FIG. 4 uses individual strip-shaped films 21a, 21b, 21c, 2Id to form webs of a film layer (exemplarily numbered 21', 24 '). or 24a, 24b, 24c, 24d. The slots are thus formed by the distance between the individual film strips. Otherwise, the use of foil strips leads to no structural differences compared to the slotted foils 21, 22, 23, 24.
[54] Die alternative Folie 70 in Figur 5 ist in einem Raster gelocht. Lochungen (exemplarisch gekenn¬ zeichnet mit 71, 72) sind in zu einer Längsrichtung 73 und zu einer Querachse 74 parallel verlaufenden Reihen angeordnet. Die Lochungen sind im gezeigten Ausführungsbeispiel nahezu quadratisch. Es sei darauf hingewiesen, dass sie ebenso zahlreiche andere Formen annehmen können, beispielsweise können sie auch kreisförmig oder rechteckig sein.[54] The alternative film 70 in FIG. 5 is perforated in a grid. Holes (exemplified gekenn¬ with 71, 72) are arranged in a longitudinal direction 73 and a transverse axis 74 parallel rows. The perforations are almost square in the embodiment shown. It should be understood that they may also take many other forms, for example, they may be circular or rectangular.
[55] Zwischen den Lochungen 71, 72 verlaufen auf der Folie 70 Längsstege (exemplarisch gekennzeich¬ net mit 75) und Querstege (exemplarisch gekennzeichnet mit 76). Die Lochungen 71, 72 und Stege 75, 76 sind auf der Folie 70 nach der anhand einer geschlitzten Folie bereits beschriebenen Geometrie so angeordnet, dass bei Drehung der Folie 70 um 180° um ihre Querachse 74 und bei Auflegen auf eine nicht-gedrehte Folie die Querstege 76 der aufliegenden Folie die quadratischen Lochungen 72 der darun¬ ter liegenden Folie genau mittig abdecken. Die Breite der Querstege 76 - gemessen entlang der Längs¬ richtung 73 der Folie 70 - ist jedoch kürzer als die Breite der Löcher 72 - ebenso gemessen -, daher bleiben an beiden Enden 77, 78 der von den Querstegen 76 überdeckten Lochungen 71, 72 Freiräume 79 bestehen (vgl. insbesondere am Folienstapel 80 in Figur 6). [56] Wenn der Folienstapel 80 in Figur 6 mit Fluiden gefüllt wird, können diese somit mäanderformig in Richtung der Längsstege 75 und in vertikaler Richtung 81 durch den Folienstapel 80 strömen. Die Quer¬ stege (exemplarisch gekennzeichnet mit 90) benachbarter Folienlagen bilden in jeder Lochung 71, 72 große Flächen, um Wärme aus einem Fluid zu fuhren bzw. um Wärme in das Fluid zu fuhren. Stirnflä- chen 77, 78 der Lochungen 71, 72 und der Querstege 76 werden in der senkrechten Richtung 81 normal und in Längsrichtung frontal angeströmt und dienen als zusätzliche Wärmeaustauschflächen und Ver- wirbler.[55] Between the perforations 71, 72 extend on the film 70 longitudinal webs (exemplified gekennzeich¬ net with 75) and transverse webs (exemplified by 76). The perforations 71, 72 and webs 75, 76 are arranged on the film 70 according to the geometry already described with reference to a slotted film so that upon rotation of the film 70 by 180 ° about its transverse axis 74 and when placed on a non-rotated film the Transverse webs 76 of the overlying film cover the square holes 72 of darun¬ ter lying film exactly in the middle. However, the width of the transverse webs 76-measured along the longitudinal direction 73 of the film 70 -is shorter than the width of the holes 72-also measured-so free perforations remain at both ends 77, 78 of the perforations 71, 72 covered by the transverse webs 76 79 exist (see in particular on the film stack 80 in Figure 6). [56] When the film stack 80 in FIG. 6 is filled with fluids, they can thus flow meandering in the direction of the longitudinal webs 75 and in the vertical direction 81 through the film stack 80. The transverse webs (identified by 90 by way of example) of adjacent film layers form large areas in each perforation 71, 72 in order to conduct heat from a fluid or to conduct heat into the fluid. End faces 77, 78 of the perforations 71, 72 and the transverse webs 76 are flown in the vertical direction 81 normal and in the longitudinal direction frontally and serve as additional heat exchange surfaces and Verwwirer.
[57] Bei einer solchen Schichtung der gelochten Folien 70 entstehen somit Kanalschächte (exemplarisch gekennzeichnet mit 82), die sich jeweils über die gesamte Länge und die gesamte Höhe 81 des Foliensta- pels 80 erstrecken. Die Längsstege 75 bilden durch das Aufschichten der einzelnen Folien 70 Trennwän¬ de 83 mit beidseitiger Struktur von Mikrorippen (exemplarisch gekennzeichnet mit 84, 85 an der bei¬ spielhaften Wand 86) über die der Wärmetausch zwischen den mäanderformig in Richtung 87 der Kanal¬ schächte 82 strömenden Fluide stattfindet, wobei die Strömung der Fluide zudem über mehrere Folien¬ ebenen erfolgen kann, da entlang der vertikalen Richtung 81 die mäanderformigen längserstreckten Ka- näle ebenfalls verbunden sind. Durch die Schichtung der gelochten Folien bildet sich bei Vorsehen von längeren rechteckigen Lochungen 88 zudem eine Durchführung über die gesamte Höhe 81 des Foliensta¬ pels 80. Durch diese Durchführung hat ein Fluid in jeder Folienebene einen Strömungswiderstandsarmen Zugang zum entsprechenden Kanalschacht. Die einzelnen Kanalschächte, also die einzelnen Mikrokanäle mit jeweils mäanderfδrmiger Verlaufsführung, haben somit an ihren Enden Verbindungen nach oben und nach unten, ebenso wie dies bei den geschlitzten Folien 1 über die Löcher 4 erreicht wurde.In the case of such a layering of the perforated foils 70, channel shafts (identified by way of example by 82) which extend in each case over the entire length and the entire height 81 of the foil stack 80 are formed. The longitudinal webs 75 form by the layering of the individual films 70 Trennwän¬ de 83 with double-sided structure of micro-ribs (exemplified by 84, 85 on the spielsweise wall 86) on the heat exchange between the meandering in the direction 87 of Kanal¬ wells 82nd flowing fluids, wherein the flow of fluids can also take place over several Folien¬, since along the vertical direction 81, the meandering elongate channels are also connected. Due to the layering of the perforated foils, provision is also made over the entire height 81 of the foil stack 80 when providing longer rectangular perforations 88. Through this passage, a fluid in each foil plane has a low-flow access to the corresponding channel shaft. The individual manholes, that is to say the individual microchannels, each with a meandering course guide, thus have connections at their ends upwards and downwards, just as has been achieved with the slotted foils 1 via the holes 4.
[58] In der alternativen Ausführungsform mit gelochten Folien 70 bilden sich ebenso wie bei Foliensta¬ peln mit geschlitzten Folien 1 Wände 30 bzw. 83 mit seitlich abstehenden Mikrorippen. Im Falle der geschlitzten Folien 1 liegen die Mikrorippen an einer Wand 30 jedoch abwechselnd in unterschiedlicher Höhe und auf unterschiedlichen Seiten an. Im Falle der gelochten Folien 70 hat jede Wand 86 entlang ihrer Höhe 81 immer abwechselnd zwei auf gleicher Höhe liegende Rippen 84, 85 bzw. einen Freiraum. Daher erfolgt bei einem Folienstapel mit Schlitzfolien 1 der Wärmeaustausch diagonal zwischen den Mikrokanälen, wohingegen beim Folienstapel 80 mit gelochten Folien 70 der Wärmeaustausch horizontal in der Ebene der Folienlagen erfolgt. In beiden Fällen sind jedoch die beiden Kanalsysteme durch die beschriebenen Wände mit Mikrorippen getrennt, sodass ohne Bedenken für das System auch erhebliche Druckunterschiede in den beiden Kanalsystemen vorliegen können.[58] In the alternative embodiment with perforated foils 70, just as with foil slices with slotted foils 1, walls 30 and 83 form with laterally projecting micro-ribs. In the case of the slotted foils 1, however, the micro-ribs on a wall 30 are alternately at different heights and on different sides. In the case of the perforated foils 70, each wall 86 has along its height 81 always alternately two ribs 84, 85 lying at the same height or a free space. Therefore, in the case of a film stack with slit foils 1, the heat exchange takes place diagonally between the microchannels, whereas with the film stack 80 with perforated foils 70, the heat exchange takes place horizontally in the plane of the foil layers. In both cases, however, the two channel systems are separated by the described walls with micro-ribs, so that without any concerns for the system can also be significant pressure differences in the two channel systems.
[59] Es sei darauf hingewiesen, dass der vorgeschlagene Wärmetauscheraufbau nicht auf Rekuperatoren eingeschränkt ist, sondern vielmehr auch als Aufbau für einen Regenerator- Wärmetauscher vorteilhaft eingesetzt werden kann. Der Austausch der Wärme der mindestens zwei Fluide kann im Gleich- oder im Gegenstrom erfolgen. In jedem Falle können die Mikrokanäle so verbunden werden, dass der Zu- und Abfluss der Fluide ohne Kreuzung stattfinden kann. Die Struktur des vorgeschlagenen Mikrorippenwand- Wärmetauschers erlaubt den Wärmeaustausch von Fluiden im tiefen bis hohen Temperaturbereich und im Niederdruck- und im Hochdruckbereich.It should be noted that the proposed heat exchanger structure is not limited to recuperators, but rather also advantageous as a structure for a regenerator heat exchanger can be used. The exchange of the heat of the at least two fluids can take place in cocurrent or countercurrent. In any case, the microchannels can be connected so that the inflow and outflow of the fluids can take place without crossing. The structure of the proposed micro ribbed wall heat exchanger allows the heat exchange of fluids in the low to high temperature range and in the low pressure and high pressure ranges.
[60] Des Weiteren sei ausdrücklich daraufhingewiesen, dass die vorgeschlagene Geometrie der einzelnen Folien und der Gesamtanordnung der Mikrokanalsysteme in den Folienstapeln auch mit Blechen, also generell mit dickeren flächigen Bauteilen, vorteilhaft angewendet werden kann. Auch bei Verwendung solcher Bauteile wird ein gegenüber bislang bekannten Wärmetauschern verbessertes Gerät erreicht. Die Erfindung ist somit nicht nur auf die Verwendung von dünnen Folien eingeschränkt. Bei dünnen Folien erreicht sie jedoch einen überraschend hohen Wirkungsgrad. [60] Furthermore, it should be expressly pointed out that the proposed geometry of the individual foils and the overall arrangement of the microchannel systems in the film stacks can also be advantageously used with metal sheets, ie generally with thicker sheet-like components. Even with the use of such components, a device improved over previously known heat exchangers is achieved. The invention is thus not limited to the use of thin films. For thin films, however, it achieves a surprisingly high degree of efficiency.
Claims
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE112005002202T DE112005002202A5 (en) | 2004-09-27 | 2005-08-18 | Recuperator, microchannel recuperator, foil, use of a film and method for producing and operating a recuperator |
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102004046718.8 | 2004-09-27 | ||
| DE102004046718 | 2004-09-27 | ||
| DE102005007707A DE102005007707A1 (en) | 2004-09-27 | 2005-02-18 | Recuperator, microchannel recuperator, foil, use of a film and method for producing and operating a recuperator |
| DE102005007707.2 | 2005-02-18 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2006034666A1 true WO2006034666A1 (en) | 2006-04-06 |
Family
ID=35462587
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/DE2005/001463 Ceased WO2006034666A1 (en) | 2004-09-27 | 2005-08-18 | Microchannel recuperator produced from stacked films |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (2) | DE102005007707A1 (en) |
| WO (1) | WO2006034666A1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2350874C1 (en) * | 2007-07-20 | 2009-03-27 | ООО "Термострим" | Plate-type heat exchanger |
| CN115265240A (en) * | 2020-01-22 | 2022-11-01 | 讯凯国际股份有限公司 | Multi-channel thin heat exchanger |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102009052489A1 (en) * | 2009-04-29 | 2010-11-11 | Siemens Aktiengesellschaft | Apparatus for exchanging heat with a plate pack and method for its production |
| WO2011038988A2 (en) * | 2009-09-29 | 2011-04-07 | Siemens Aktiengesellschaft | Method for producing a cooling plate and device produced by said method |
| DE102019205383A1 (en) * | 2019-04-15 | 2020-10-15 | Vitesco Technologies Germany Gmbh | Cooler for cooling an electronic circuit, power electronic device with a cooler |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4624305A (en) * | 1981-02-25 | 1986-11-25 | Institut Francais Du Petrole | Heat exchanger with staggered perforated plates |
| US4762172A (en) * | 1985-06-25 | 1988-08-09 | Institute Francais Du Petrole | Heat exchange device of the perforated plate exchanger type with improved sealing |
| US4808262A (en) * | 1985-12-16 | 1989-02-28 | General Electric Company | Method for devolatilizing polymer solutions |
| US5727618A (en) * | 1993-08-23 | 1998-03-17 | Sdl Inc | Modular microchannel heat exchanger |
| WO2000034728A1 (en) * | 1998-12-09 | 2000-06-15 | Chart Heat Exchangers Limited | Heat exchanger |
| US6490812B1 (en) * | 1999-03-08 | 2002-12-10 | Battelle Memorial Institute | Active microchannel fluid processing unit and method of making |
| US20030152488A1 (en) * | 2002-02-14 | 2003-08-14 | Tonkovich Anna Lee | Methods of making devices by stacking sheets and processes of conducting unit operations using such devices |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6907921B2 (en) * | 1998-06-18 | 2005-06-21 | 3M Innovative Properties Company | Microchanneled active fluid heat exchanger |
| DE19821627A1 (en) * | 1998-05-14 | 1999-11-18 | Bayer Ag | Module with microchannel system useful in miniaturized processing or analysis systems e.g. PCR or immunoassays |
| US6189217B1 (en) * | 1998-06-17 | 2001-02-20 | Black & Decker Inc. | Power saw having blade storage chamber |
| DE19959249A1 (en) * | 1999-12-08 | 2001-07-19 | Inst Mikrotechnik Mainz Gmbh | Modular micro reaction system |
| DE10201640A1 (en) * | 2002-01-17 | 2003-08-07 | Fraunhofer Ges Forschung | Process for producing a film with surface structures in the micrometer and nanometer range and a related film |
| DE10246990A1 (en) * | 2002-10-02 | 2004-04-22 | Atotech Deutschland Gmbh | Microstructure cooler and its use |
-
2005
- 2005-02-18 DE DE102005007707A patent/DE102005007707A1/en not_active Withdrawn
- 2005-08-18 DE DE112005002202T patent/DE112005002202A5/en not_active Withdrawn
- 2005-08-18 WO PCT/DE2005/001463 patent/WO2006034666A1/en not_active Ceased
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4624305A (en) * | 1981-02-25 | 1986-11-25 | Institut Francais Du Petrole | Heat exchanger with staggered perforated plates |
| US4762172A (en) * | 1985-06-25 | 1988-08-09 | Institute Francais Du Petrole | Heat exchange device of the perforated plate exchanger type with improved sealing |
| US4808262A (en) * | 1985-12-16 | 1989-02-28 | General Electric Company | Method for devolatilizing polymer solutions |
| US5727618A (en) * | 1993-08-23 | 1998-03-17 | Sdl Inc | Modular microchannel heat exchanger |
| WO2000034728A1 (en) * | 1998-12-09 | 2000-06-15 | Chart Heat Exchangers Limited | Heat exchanger |
| US6490812B1 (en) * | 1999-03-08 | 2002-12-10 | Battelle Memorial Institute | Active microchannel fluid processing unit and method of making |
| US20030152488A1 (en) * | 2002-02-14 | 2003-08-14 | Tonkovich Anna Lee | Methods of making devices by stacking sheets and processes of conducting unit operations using such devices |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2350874C1 (en) * | 2007-07-20 | 2009-03-27 | ООО "Термострим" | Plate-type heat exchanger |
| CN115265240A (en) * | 2020-01-22 | 2022-11-01 | 讯凯国际股份有限公司 | Multi-channel thin heat exchanger |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE112005002202A5 (en) | 2008-06-26 |
| DE102005007707A1 (en) | 2006-03-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP1572335B1 (en) | Static lamination micro mixer | |
| EP0758917B1 (en) | Static micromixer | |
| EP1506054B1 (en) | Micro-reactor and micro-channel heat exchanger | |
| DE69829697T2 (en) | Heat exchanger and / or apparatus for mixing fluids | |
| DE19528116B4 (en) | Heat exchanger with plate sandwich structure | |
| EP0805328B1 (en) | Flow module | |
| DE19528117B4 (en) | Heat exchanger with plate stack construction | |
| EP2045556B1 (en) | Plate heat exchanger | |
| EP1091185A2 (en) | Plate-like heat exchanger | |
| EP0978874A2 (en) | Cooling apparatus | |
| EP2090353B1 (en) | Reaction mixing system for mixing and chemical reaction of at least two fluids | |
| EP1674152B1 (en) | Static micromixer | |
| EP1856734A1 (en) | Micro-heat exchanger | |
| WO2006034666A1 (en) | Microchannel recuperator produced from stacked films | |
| EP1920208A1 (en) | Heat exchanger device for the rapid heating or cooling of fluids | |
| DE102011113045A1 (en) | Cross flow heat exchanger i.e. cross flow-micro heat exchanger, for rapid temperature-control of fluid stream in channel groups, has heat transfer regions arranged at intersections of channels of channel group | |
| DE102007015171A1 (en) | Membrane device and method of making a membrane device | |
| DE102011010021A1 (en) | Cross flow heat exchanger | |
| DE19853750A1 (en) | Heat sink device for electrical or electronic component, circuit or module | |
| DE102005002174A1 (en) | Fluid distribution layer, especially useful as gas diffusion layer of fuel cell, comprising 3-dimensional system of fluid transporting channels giving homogeneous fluid distribution pattern over first surface | |
| EP3507046B1 (en) | Method of producing a plate heat transfer block with targeted application of the soldering material, in particular on fins and side bars | |
| WO2012080313A2 (en) | Microfluidic component, reactor comprising a plurality of such components, and method for producing same | |
| DE10013435C1 (en) | Foil evaporator packet has two foils with structured recesses and projections to evaporate two reactant mass fluid flows into two reactant mass gas flows | |
| EP1689013A1 (en) | Fuel cell | |
| DE102022122518A1 (en) | Heat exchanger |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| AK | Designated states |
Kind code of ref document: A1 Designated state(s): AE AG AL AM AT AU AZ BA BB BG BR BW BY BZ CA CH CN CO CR CU CZ DE DK DM DZ EC EE EG ES FI GB GD GE GH GM HR HU ID IL IN IS JP KE KG KM KP KR KZ LC LK LR LS LT LU LV MA MD MG MK MN MW MX MZ NA NG NI NO NZ OM PG PH PL PT RO RU SC SD SE SG SK SL SM SY TJ TM TN TR TT TZ UA UG US UZ VC VN YU ZA ZM ZW |
|
| AL | Designated countries for regional patents |
Kind code of ref document: A1 Designated state(s): GM KE LS MW MZ NA SD SL SZ TZ UG ZM ZW AM AZ BY KG KZ MD RU TJ TM AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IS IT LT LU LV MC NL PL PT RO SE SI SK TR BF BJ CF CG CI CM GA GN GQ GW ML MR NE SN TD TG |
|
| DPEN | Request for preliminary examination filed prior to expiration of 19th month from priority date (pct application filed from 20040101) | ||
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application | ||
| WWE | Wipo information: entry into national phase |
Ref document number: 1120050022021 Country of ref document: DE |
|
| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 05779626 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
| REF | Corresponds to |
Ref document number: 112005002202 Country of ref document: DE Date of ref document: 20080626 Kind code of ref document: P |