DE102015118262A1

DE102015118262A1 - Wärmeübertrager

Info

Publication number: DE102015118262A1
Application number: DE102015118262.9A
Authority: DE
Inventors: Robert Brockmann; Manfred Vaupel; Hendrik Nijhuis
Original assignee: Viessmann Werke GmbH and Co KG
Current assignee: Viessmann Werke GmbH and Co KG
Priority date: 2015-10-27
Filing date: 2015-10-27
Publication date: 2017-01-05
Also published as: WO2017071808A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager, umfassend eine Vielzahl von mit Abstand zueinander angeordneten Wärmeübertragungslamellen (1), die randseitig einen Kantenbereich (1.1) und im Anschluss an den Kantenbereich (1.1) einen Umströmungsbereich (1.2) aufweisen. Nach der Erfindung ist vorgesehen, dass der Kantenbereich (1.1) schlechter wärmeleitend als der Umströmungsbereich (1.2) ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Ein Wärmeübertrager der eingangs genannten Art ist aus dem Gebrauchsmusterdokument DE 20 2012 100 838 U1 bekannt. Dieser Wärmeübertrager besteht aus einer Vielzahl von mit Abstand zueinander angeordneten Wärmeübertragungslamellen, die randseitig einen Kantenbereich und im Anschluss an den Kantenbereich einen Umströmungsbereich aufweisen. Bei dieser Lösung dient der Wärmeübertrager als Verdampfer eines Kältemittelkreislaufes einer Wärmepumpe. Im Falle einer Luft-Wärmepumpe ist der Verdampfer typischer Weise als so genannter Lamellenverdampfer ausgebildet, d. h. das Kältemittel führende Rohre – beispielsweise aus Kupfer – sind zur Verbesserung der Wärmeübertragung mit Lamellen – beispielsweise aus Aluminium – versehen. Da Luft stets eine gewisse Menge an Feuchtigkeit enthält, kommt es bei niedrigen Temperaturen am Lamellenverdampfer zur Kondensation dieser Luftfeuchtigkeit und anschließend bei ausreichend niedriger Temperatur zum Gefrieren des Kondensats. Dieses Phänomen ist als Reifbildung bekannt und stellt für Luft-Wärmepumpen ein erhebliches Problem dar, da die Bereifung einerseits den Wärmeübergang von Luft auf das Kältemittel und andererseits den zwischen den Lamellen vorgesehenen Strömungsweg der Luft behindert. Daher müssen derartige Wärmepumpen üblicherweise in Intervallen abgetaut werden, beispielsweise durch einen Umkehrbetrieb, was allerdings die Wirtschaftlichkeit der Wärmepumpen herabsetzt. Gemäß dem Gebrauchsmuster DE 20 2012 100 838 U1 besteht eine Möglichkeit, eine Bereifung zu verhindern, darin, den Lamellenverdampfer mit einer Nanobeschichtung zu versehen, an welcher Eis und Partikel schlecht haften und welche gute wärmeleitende Eigenschaften für den gewünschten Wärmeübergang zwischen Luft und Kältemittel aufweisen soll. Hierzu sollen nach diesem Ansatz der Nanobeschichtung beispielsweise Carbon-Nanotubes beigemischt werden. Diese Lösung ist allerdings vergleichsweise kostenintensiv in der Produktion.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wärmeübertrager der eingangs genannten Art zu verbessern. Insbesondere soll ein Wärmeübertrager geschaffen werden, der eine möglichst geringe Neigung zur Reifbildung hat.
Diese Aufgabe ist mit einem Wärmeübertrager der eingangs genannten Art durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 aufgeführten Merkmale gelöst.
Nach der Erfindung ist also vorgesehen, dass der Kantenbereich schlechter wärmeleitend als der Umströmungsbereich ausgebildet ist.
Mit anderen Worten zeichnet sich die erfindungsgemäße Lösung somit insbesondere dadurch aus, dass eine Maßgabe vorgesehen ist, die die Wärmeleitung im Kantenbereich des Wärmeübertragers gegenüber dem inneren Umströmungsbereich verschlechtert. Dieser Ansatz resultiert aus Experimenten, bei denen gezeigt werden konnte, dass vor allem der Kantenbereich zur Bereifung neigt. Wird nun die Wärmeleitung im Kantenbereich verschlechtert, so wird die Kondensation der Luftfeuchtigkeit und die Vereisung in diesem Bereich verringert. Die erfindungsgemäße Maßgabe gewährleistet somit, dass der Lamellenverdampfer stets gut, und unbehindert von Reif, durchströmbar ist, was sich letztlich in einer Steigerung der Wirtschaftlichkeit der Wärmepumpe niederschlägt.
Bezüglich der im Patentanspruch 1 definierten Maßgabe einer ”schlechteren Wärmeleitung” des Kantenbereichs im Verhältnis zum Umströmungsbereich so ist darunter, genauer betrachtet, zu verstehen, dass erfindungsgemäß Maßnahmen vorgesehen sind, die dafür sorgen, dass der Wärmetransport am Kantenbereich der Lamelle von dem umströmenden Medium (typischer Weise Luft) auf die Lamelle schlechter als im Umströmungsbereich der Lamelle ausgebildet ist. Dies kann, was noch genauer erläutert wird, durch eine Beschichtung bzw. Lackierung des entsprechenden Bereichs oder auch durch Einbringung von Ausstanzungen oder dergleichen in diesem Bereich geschehen.
Andere vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Wärmeübertragers ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.
Der erfindungsgemäße Wärmeübertrager einschließlich seiner vorteilhaften Weiterbildungen gemäß der abhängigen Patentansprüche wird nachfolgend anhand der zeichnerischen Darstellung verschiedener Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Es zeigt
1 im Schnitt von der Seite einen so genannten Lamellenwärmeübertrager mit vier Wärmeübertragungslamellen;
2 in Draufsicht eine einzelne, von links angeströmte Wärmeübertragungslamelle mit einer Vielzahl von Ausnehmungen am randseitigen, als Anströmbereich ausgebildeten Kantenbereich; und
3 in Draufsicht eine einzelne, ebenfalls von links angeströmte Wärmeübertragungslamelle mit einer Beschichtung an beiden randseitigen Kantenbereichen.
In den 1 bis 3 sind verschiedene Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Wärmeübertragers, auch Lamellenwärmeübertrager genannt, dargestellt. Dabei gilt zunächst für alle Ausführungsbeispiele, dass dieser aus einer Vielzahl von mit Abstand zueinander angeordneten Wärmeübertragungslamellen 1 besteht, die randseitig einen Kantenbereich 1.1 und im Anschluss an den Kantenbereich 1.1 (also benachbart zu diesem) einen Umströmungsbereich 1.2 aufweisen. Wie aus 1 ersichtlich, ist dabei vorgesehen, dass ein Abstand zwischen den einzelnen Wärmeübertragungslamellen 1 deutlich größer ist als deren Dicke. Außerdem wird darauf hingewiesen, dass in den 2 und 3 (in senkrechter Richtung gesehen, also quer zur Anströmung von links) letztlich jeweils nur ein kurzer Abschnitt der Wärmeübertragungslamellen 1 dargestellt ist, d. h. in Realität erstrecken sich diese Wärmeübertragungslamellen 1 jeweils viel weiter noch oben und unten in 2 und 3; deren Länge (orientiert an den 1 und 2) in vertikaler Richtung ist somit regelmäßig wesentlich größer als in horizontaler Richtung.
Ferner ist in an sich bekannter Weise vorgesehen, dass die Wärmeübertragungslamellen 1 miteinander über ein ein Wärmeträgermedium führendes Rohr 3 verbunden ausgebildet sind, wobei außerdem das Rohr 3 im Umströmungsbereich 1.2 der Wärmeübertragungslamellen 1 mit diesen (typischer Weise durch Löten oder dergleichen) verbunden ausgebildet ist.
Bezüglich der Verwendung des erfindungsgemäßen Wärmeübertragers, dem typischer Weise ein (nicht extra dargestellter) Ventilator zur einseitigen Beaufschlagung der Wärmeübertragungslamellen 1 (in den Figuren von links) mit Luft zugeordnet ist, ist insbesondere vorgesehen, dass dieser als Verdampfer einer Wärmepumpe, insbesondere einer Luft-Wärmepumpe, ausgebildet ist. Die Erfindung ist hierauf aber selbstverständlich nicht beschränkt.
Wesentlich für den erfindungsgemäßen Wärmeübertrager ist nun, dass der Kantenbereich 1.1 schlechter wärmeleitend als der Umströmungsbereich 1.2 ausgebildet ist.
Wie eingangs bereits erläutert, führt diese Maßgabe zu einer reduzierten Reifbildung am Wärmeübertrager, da gezielt Einfluss auf den Wärmetransport am, wie Versuche und die Praxis gezeigt haben, kritischen Kantenbereich 1.1 genommen wird.
Bei der Ausführungsform gemäß 2 ist zur Umsetzung dieser Maßgabe vorgesehen, dass der Kantenbereich 1.1 mit mindestens einer die in Bezug auf ihre Quer- und Längserstreckung sehr dünne Wärmeübertragungslamelle 1 durchgreifenden Ausnehmung 2, insbesondere Ausstanzung, versehen ist. Diese führt dazu, dass insgesamt weniger Wärme von der umströmenden Luft vom Kantenbereich 1.1 aufgenommen werden kann. Vorzugsweise sind dabei, wie dargestellt, eine Vielzahl von insbesondere schlitzförmigen Ausnehmungen 2 vorgesehen.
Bei der Ausführungsform gemäß 3 ist schließlich zur Umsetzung der erfindungsgemäßen Maßgabe der Kantenbereich 1.1 mit einer Beschichtung, insbesondere Lackierung, versehen.
Dies wird graphisch jeweils durch die vertikale Linie zwischen den beiden Bereichen 1.1 und 1.2 verdeutlicht. Dabei ist im Unterschied zur Lösung gemäß 2 darüber hinaus vorgesehen, dass nicht nur der als Anströmbereich (links in 3) der Wärmeübertragungslamelle, sondern auch der als Abströmbereich (rechts in 3) ausgebildete Kantenbereich 1.1 schlechter wärmeleitend als der Umströmungsbereich 1.2 ausgebildet ist, denn auch dort kommt es, wie Versuche gezeigt haben, zur unerwünschten Reifbildung.
Bezugszeichenliste

1: Wärmeübertragungslamelle
1.1: Kantenbereich
1.2: Umströmungsbereich
2: Ausnehmung
3: Rohr

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 202012100838 U1 [0002, 0002]

Claims

Wärmeübertrager, umfassend eine Vielzahl von mit Abstand zueinander angeordneten Wärmeübertragungslamellen (1), die randseitig einen Kantenbereich (1.1) und im Anschluss an den Kantenbereich (1.1) einen Umströmungsbereich (1.2) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass der Kantenbereich (1.1) schlechter wärmeleitend als der Umströmungsbereich (1.2) ausgebildet ist.
Wärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kantenbereich (1.1) mit einer Beschichtung versehen ist.
Wärmeübertrager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kantenbereich (1.1) mit mindestens einer die Wärmeübertragungslamelle (1) durchgreifenden Ausnehmung (2) versehen ist.
Wärmeübertrager nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (2) schlitzförmig ausgebildet ist.
Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abstand zwischen den Wärmeübertragungslamellen (1) größer ist als deren Dicke.
Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kantenbereich (1.1) als Anströmbereich der Wärmeübertragungslamelle (1) ausgebildet ist.
Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeübertragungslamellen (1) miteinander über ein ein Wärmeträgermedium führendes Rohr (3) verbunden ausgebildet sind.
Wärmeübertrager nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (3) im Umströmungsbereich (1.2) der Wärmeübertragungslamellen (1) mit diesen verbunden ausgebildet ist.
Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass dieser als Verdampfer einer Wärmepumpe ausgebildet ist.