DE102012220594A1 - capacitor - Google Patents
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Abstract
Kondensator (1, 20, 40, 60) in Stapelscheibenbauweise, wobei ein Wärmeübertragerblock (7, 22, 42, 62) aus einer Mehrzahl von Scheibenelementen gebildet ist, die aufeinandergestapelt zueinander benachbarte Kanäle zwischen den Scheibenelementen ausbilden, wobei eine erste Anzahl der Kanäle einem ersten Strömungskanal zugeordnet ist und eine zweite Anzahl der Kanäle einem zweiten Strömungskanal zugeordnet ist, und durch den ersten Strömungskanal ein Kältemittel strömbar ist und durch den zweiten Strömungskanal ein Kühlmittel strömbar ist, wobei der erste Strömungskanal einen ersten Bereich zur Enthitzung und Kondensation (34, 54, 81) des dampfförmigen Kältemittels aufweist und einen zweiten Bereich zur Unterkühlung (35, 55, 82) des kondensierten Kältemittels aufweist, wobei zumindest ein Abschnitt des ersten Strömungskanals mit zumindest einem Abschnitt des zweiten Strömungskanals in thermischen Kontakt steht, und der erste Bereich eine erste Fluidzuleitung (23, 43, 63) und eine erste Fluidableitung (24, 44, 64) aufweist und der zweite Bereich eine zweite Fluidzuleitung (25, 45, 65) und eine zweite Fluidableitung (26, 46, 66) aufweist, wobei der Kondensator (1, 20, 40, 60) einen Sammler (2, 21, 41, 61) zur Bevorratung des Kältemittels aufweist, und ein Kältemittelübertritt aus dem ersten Bereich in den zweiten Bereich durch den Sammler (2, 21, 41, 61) führt, wobei der Sammler (2, 21, 41, 61) über die erste Fluidableitung (24, 44, 64), welche auch den Fluideinlass des Sammlers (2, 21, 41, 61) bildet, mit dem ersten Bereich in Fluidkommunikation steht, und über die zweite Fluidzuleitung (25, 45, 65), welche auch den Fluidauslass des Sammlers (2, 21, 41, 61) bildet, mit dem zweiten Bereich in Fluidkommunikation steht, wobei der Sammler (2, 21, 41, 61) an einer Außenfläche des Kondensators (1, 20, 40, 60) angeordnet ist.A stacked disc condenser (1, 20, 40, 60) wherein a heat exchanger block (7, 22, 42, 62) is formed of a plurality of disc elements stacked adjacent to one another to form adjacent channels between the disc elements, a first plurality of channels is associated with the first flow channel and a second number of channels is associated with a second flow channel, and through the first flow channel, a refrigerant is flowable and through the second flow channel, a coolant is flowable, wherein the first flow channel has a first area for desuperheating and condensation (34, 54 , 81) of the vaporous refrigerant and having a second area for subcooling (35, 55, 82) the condensed refrigerant, wherein at least a portion of the first flow channel is in thermal contact with at least a portion of the second flow channel, and the first area is a first Fluid supply line (23, 43, 63 ) and a first fluid discharge line (24, 44, 64) and the second area has a second fluid supply line (25, 45, 65) and a second fluid discharge line (26, 46, 66), wherein the condenser (1, 20, 40, 60) has a collector (2, 21, 41, 61) for storing the refrigerant, and a refrigerant transfer from the first region into the second region through the collector (2, 21, 41, 61), wherein the collector (2, 21, 41, 61) via the first fluid discharge (24, 44, 64), which also forms the fluid inlet of the collector (2, 21, 41, 61), is in fluid communication with the first region, and via the second fluid supply line (25 , 45, 65), which also forms the fluid outlet of the collector (2, 21, 41, 61), is in fluid communication with the second region, the collector (2, 21, 41, 61) being attached to an outer surface of the condenser (1 , 20, 40, 60) is arranged.
Description
Technisches GebietTechnical area
Die Erfindung betrifft einen Kondensator in Stapelscheibenbauweise, wobei ein Wärmeübertragerblock aus einer Mehrzahl von Scheibenelementen gebildet ist, die aufeinandergestapelt zueinander benachbarte Kanäle zwischen den Scheibenelementen ausbilden, wobei eine erste Anzahl der Kanäle einem ersten Strömungskanal zugeordnet ist und eine zweite Anzahl der Kanäle einem zweiten Strömungskanal zugeordnet ist, und durch den ersten Strömungskanal ein Kältemittel strömbar ist und durch den zweiten Strömungskanal ein Kühlmittel strömbar ist, wobei der erste Strömungskanal einen ersten Bereich zur Enthitzung und Kondensation des dampfförmigen Kältemittels aufweist und einen zweiten Bereich zur Unterkühlung des kondensierten Kältemittels aufweist.The invention relates to a condenser in stacked disc design, wherein a heat exchanger block is formed of a plurality of disc elements stacked adjacent to each other forming channels between the disc elements, wherein a first number of channels is associated with a first flow channel and a second number of channels associated with a second flow channel is, and through the first flow channel, a refrigerant is flowable and through the second flow channel, a coolant is flowable, wherein the first flow channel has a first region for desuperheating and condensation of the vapor refrigerant and a second region for subcooling the condensed refrigerant.
Stand der TechnikState of the art
In Kältemittelkreisläufen von Klimaanlagen für Kraftfahrzeuge werden Kondensatoren eingesetzt, um das Kältemittel auf die Kondensationstemperatur abzukühlen und anschließend das Kältemittel zu kondensieren. Regelmäßig weisen Kondensatoren einen Sammler auf, in welchem ein Kältemittelvolumen vorgehalten ist, um Volumenschwankungen im Kältemittelkreislauf auszugleichen. Außerdem wird durch die Vorhaltung des Kältemittels im Sammler eine stabile Unterkühlung des Kältemittels erreicht.Condensers are used in refrigerant circuits of automotive air conditioning systems to cool the refrigerant to the condensation temperature and then condense the refrigerant. Regularly, capacitors have a collector in which a volume of refrigerant is kept in order to compensate for volume fluctuations in the refrigerant circuit. In addition, a stable supercooling of the refrigerant is achieved by the provision of the refrigerant in the collector.
Oftmals sind in dem Sammler zusätzliche Mittel zur Trocknung und/oder Filterung des Kältemittels vorgesehen. Der Sammler ist im Regelfall am Kondensator angeordnet. Er wird von dem Kältemittel durchströmt, welches bereits einen Abschnitt des Kondensators durchströmt hat. Nach dem Durchströmen des Sammlers wird das Kältemittel in den Kondensator zurückgeleitet und in einer Unterkühlungsstrecke unter die Kondensationstemperatur unterkühlt.Often, additional means for drying and / or filtering the refrigerant are provided in the collector. The collector is usually arranged on the capacitor. It is flowed through by the refrigerant which has already passed through a section of the condenser. After flowing through the collector, the refrigerant is returned to the condenser and subcooled in a subcooling below the condensation temperature.
Bei konventionellen Kondensatoren in Rippe-Rohr-Bauweise wird das Kältemittel hierfür aus einem der seitlich eines Rohr-Rippenblocks angeordneten Sammelrohre aus dem Kondensator hinausgeleitet und in den Sammler eingeleitet.In the case of conventional rib-tube-type condensers, the refrigerant for this purpose is led out of the condenser from one of the manifolds arranged at the side of a tube-rib block and introduced into the collector.
Bei Kondensatoren, welche in Stapelscheibenbauweise gebaut sind, sind Möglichkeiten im Stand der Technik bekannt, den Sammler als eine zusätzliche Lage von Scheibenelementen an den Kondensator anzufügen.For capacitors constructed in a stacked disc design, ways in the art are known to attach the collector to the capacitor as an additional layer of disk elements.
Außerdem ist es bekannt, das Kältemittel über eine spezielle Verteilerplatte aus dem in Stapelscheibenbauweise gebauten Kondensator hinauszuleiten und einem externen Sammler zuzuführen und das Kältemittel nach dem Sammler wieder in den Kondensator zurückzuführen.In addition, it is known to lead the refrigerant via a special distribution plate from the built-up in stacked disk condenser and supply an external collector and return the refrigerant after the collector back into the condenser.
Weiterhin offenbart die
Nachteilig an den Vorrichtungen des Standes der Technik ist, dass die Integration von Kondensatoren in Stapelscheibenbauweise, Sammlern und Unterkühlern bisher recht aufwändig gelöst ist. Neben einem komplexen Aufbau, zeichnen sich die Kondensatoren aus dem Stand der Technik durch einen erhöhten Fertigungsaufwand aus. Dadurch ergeben sich hinsichtlich der Verwendung der Kondensatoren Mehrkosten, die ihren Einsatz unattraktiv machen.A disadvantage of the devices of the prior art is that the integration of capacitors in stacked disc design, collectors and subcoolers has been solved quite expensive. In addition to a complex structure, the capacitors from the prior art are characterized by an increased production cost. This results in the use of the capacitors additional costs that make their use unattractive.
Darstellung der Erfindung, Aufgabe, Lösung, VorteilePresentation of the invention, object, solution, advantages
Daher ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Kondensator bereitzustellon, der geeignet ist ein Kältemittel zu kondensieren, es zu bevorraten und weiterhin zu unterkühlen, wobei der Kondensator durch einen einfachen Aufbau und eine kompakte Bauweise gekennzeichnet ist und kostengünstig herzustellen ist.Therefore, it is the object of the present invention to provide a condenser capable of condenser, storage and further subcooling refrigerant, the condenser being characterized by a simple structure and a compact construction, and inexpensive to manufacture.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird durch einen Kondensator in Stapelscheibenbauweise mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.The object of the present invention is achieved by a capacitor in stacking disk construction with the features of claim 1.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft einen Kondensator in Stapelscheibenbauweise, wobei ein Wärmeübertragerblock aus einer Mehrzahl von Scheibenelementen gebildet ist, die aufeinandergestapelt zueinander benachbarte Kanäle zwischen den Scheibenelementen ausbilden, wobei eine erste Anzahl der Kanäle einem ersten Strömungskanal zugeordnet ist und eine zweite Anzahl der Kanäle einem zweiten Strömungskanal zugeordnet ist, und durch den ersten Strömungskanal ein Kältemittel strömbar ist und durch den zweiten Strömungskanal ein Kühlmittel strömbar ist, wobei der erste Strömungskanal einen ersten Bereich zur Enthitzung und Kondensation des dampfförmigen Kältemittels aufweist und einen zweiten Bereich zur Unterkühlung des kondensierten Kältemittels aufweist, wobei zumindest ein Abschnitt des ersten Strömungskanals mit zumindest einem Abschnitt des zweiten Strömungskanals in thermischen Kontakt steht, und der erste Bereich eine erste Fluidzuleitung und eine erste Fluidableitung aufweist und der zweite Bereich eine zweite Fluidzuleitung und eine zweite Fluidableitung aufweist, wobei der Kondensator einen Sammler zur Bevorratung des Kältemittels aufweist, und ein Kältemittelübertritt aus dem ersten Bereich in den zweiten Bereich durch den Sammler führt, wobei der Sammler über die erste Fluidableitung, welche auch den Fluideinlass des Sammlers bildet, mit dem ersten Bereich in Fluidkommunikation steht, und über die zweite Fluidzuleitung, welche auch den Fluidauslass des Sammlers bildet, mit dem zweiten Bereich in Fluidkommunikation steht, wobei der Sammler an einer Außenfläche des Kondensators angeordnet ist.One embodiment of the invention relates to a stacked disc condenser wherein a heat exchanger block is formed from a plurality of disk elements stacked adjacent channels between the disk elements, wherein a first number of the channels is associated with a first flow channel and a second number of channels is associated with a second one Flow channel is assigned, and through the first flow channel, a refrigerant is flowable and through the second flow channel, a coolant is flowable, wherein the first flow channel has a first region for desuperheating and condensation of the vapor refrigerant and a second region for supercooling the condensed refrigerant, wherein at least a portion of the first flow channel is in thermal contact with at least a portion of the second flow channel, and the first portion is a first fluid supply line and a first one Fluid drainage and the second region having a second fluid supply and a second fluid discharge, wherein the condenser has a collector for storing the refrigerant, and a refrigerant transfer from the first region into the second region through the collector leads, wherein the collector via the first fluid discharge, which also forms the fluid inlet of the accumulator, is in fluid communication with the first portion, and is in fluid communication with the second portion via the second fluid supply line, which also forms the fluid outlet of the accumulator, the accumulator being disposed on an outer surface of the condenser.
Ein Kondensator in Stapelscheibenbauweise ist besonders kompakt und kann daher auch auf kleinem Bauraum untergebracht werden. Besonders vorteilhaft ist ein guter thermischer Kontakt zwischen dem ersten Strömungskanal und dem zweiten Strömungskanal, damit der Wärmeübergang zwischen dem Fluiden möglichst effizient ist. Die Anordnung des Sammlers möglichst nah am Kondensator beziehungsweise an dem Wärmeübertragerblock des Kondensators hat den Vorteil, dass nur kurze Distanzen mittels Fluidleitungen überwunden werden müssen. Die thermischen nachteiligen Eigenschaften, wie etwa die Aufheizung des Kühlmittels oder des Kältemittels durch umliegende Wärmequellen, sowie die negativen Effekte auf den Druckverlust im Inneren des Kondensators, können daher minimiert werden.A condenser in stacking disc design is particularly compact and can therefore be accommodated in a small space. Particularly advantageous is a good thermal contact between the first flow channel and the second flow channel, so that the heat transfer between the fluids is as efficient as possible. The arrangement of the collector as close as possible to the condenser or to the heat exchanger block of the condenser has the advantage that only short distances have to be overcome by means of fluid lines. The thermal disadvantageous properties, such as the heating of the coolant or the refrigerant by surrounding heat sources, as well as the negative effects on the pressure loss inside the condenser, can therefore be minimized.
Darüber hinaus kann es vorteilhaft sein, wenn das Kühlmittel im zweiten Strömungskanal und das Kältemittel im ersten Strömungskanal im Gleichstrom zueinander und/oder im Gegenstrom zueinander strömbar sind.In addition, it may be advantageous if the coolant in the second flow channel and the refrigerant in the first flow channel in the DC flow to each other and / or in countercurrent to each other are flowable.
Durch ein strömen des Kühlmittels und des Kältemittels im Gegenstrom kann die maximal übertragbare Wärmemenge erhöht werden, was zu einer Effizienzsteigerung des Kondensators beiträgt. Ein strömen im Gleichstrom kann dagegen besonders einfach realisiert werden.By flowing the coolant and the refrigerant in countercurrent, the maximum amount of heat transferable can be increased, which contributes to an increase in efficiency of the capacitor. A DC current, on the other hand, can be realized particularly easily.
Auch kann es zweckmäßig sein, wenn die erste Fiuidableitung und/oder die zweite Fluidzuleitung innerhalb und/oder außerhalb des Wärmeübertragerblocks angeordnet sind.It may also be expedient if the first fluid outlet and / or the second fluid supply line are arranged inside and / or outside the heat exchanger block.
Je nach Lage des Sammlers ist es zweckmäßig, wenn die erste Fluidableitung, welche auch gleichzeitig die Zuleitung zum Sammler darstellt, und die zweite Fluidzuleitung, welche auch gleichzeitig die Ableitung aus dem Sammler darstellt, innerhalb oder außerhalb des Kondensators verlaufen. Die Führung der Leitungen außerhalb des Kondensators ist einfacher zu realisieren, da der Bauraum weniger stark eingeschränkt ist und die Formgebungsgrenzen der einzelnen Scheibenelemente nicht berücksichtigt werden müssen.Depending on the position of the collector, it is expedient if the first fluid discharge, which also simultaneously represents the supply line to the collector, and the second fluid supply line, which also simultaneously represents the discharge from the collector, extend inside or outside the condenser. The leadership of the lines outside the capacitor is easier to implement, since the space is less limited and the shaping limits of the individual disc elements must not be considered.
In vorteilhaften Ausgestaltungen können die Leitungen auch innerhalb des Kondensators verlaufen. Beispielsweise können die Leitungen an den äußeren Scheibenelementen angeordnet werden. Dies kann zum Beispiel durch in die Scheibenelemente integrierte Kanäle erfolgen.In advantageous embodiments, the lines can also run within the capacitor. For example, the lines can be arranged on the outer disc elements. This can be done for example by integrated into the disc elements channels.
Weiterhin kann es besonders vorteilhaft sein, wenn die erste Fluidableitung und/oder die zweite Fluidzuleitung durch eine Rohrleitung gebildet sind.Furthermore, it may be particularly advantageous if the first fluid discharge and / or the second fluid supply line are formed by a pipeline.
Eine Rohrleitung bietet den Vorteil der sehr großen Gestaltungsfreiheit für den Verlauf und die Anordnung der Leitung. Durch Rohrleitungen können auch komplexe Leitungsverläufe realisiert werden.A pipeline offers the advantage of very great design freedom for the course and the arrangement of the line. Pipelines can also be used to realize complex pipelines.
Auch ist es zu bevorzugen, wenn die erste Fluidzuleitung und die zweite Fluidzuleitung, betrachtet entlang der Hauptdurchströmungsrichtung eines Kanals zwischen den Scheibenelementen, am gleichen Endbereich des Kondensators angeordnet sind, wobei die erste Fluidableitung und die zweite Fluidableitung am gegenüberliegenden Endbereich des Kondensators angeordnet sind.It is also preferable if the first fluid supply line and the second fluid supply line, viewed along the main flow direction of a channel between the disc elements, are arranged at the same end region of the condenser, wherein the first fluid discharge line and the second fluid discharge line are arranged at the opposite end region of the condenser.
Durch eine Anordnung der ersten und der zweiten Fluidzuleitung an einem gemeinsamen Endbereich des Kondensators und der ersten und zweiten Fluidableitung am gegenüberliegenden Endbereich des Kondensators, kann in besonders einfacher Weise eine Führung der Fluidströme im Gegenstrom innerhalb des Kondensators realisiert werden.By arranging the first and the second fluid supply line at a common end region of the condenser and the first and second fluid discharge line at the opposite end region of the condenser, it is possible to realize in a particularly simple manner a countercurrent flow of the fluid streams within the condenser.
In einer besonders günstigen Ausgestaltung der Erfindung ist es außerdem vorgesehen, dass die erste Fluidzuleitung und die zweite Fluidzuleitung in Montageendlage des Kondensators am oberen Endbereich des Kondensators angeordnet sind.In a particularly favorable embodiment of the invention, it is also provided that the first fluid supply line and the second fluid supply line are arranged in the final assembly position of the capacitor at the upper end region of the capacitor.
Die Zuführung des Fluids am, in Montageendlage, oberen Endbereich des Kondensators ist besonders vorteilhaft, da so die Strömung innerhalb des Kondensators zusätzlich durch die Gewichtskraft des Fluids unterstützt wird. Zusätzlich ist der entstehende Druckverlust innerhalb des Kondensators geringer, als wenn das Fluid gegen die Gewichtskraft nach oben transportiert werden muss.The supply of the fluid at, in Montageendlage, the upper end portion of the capacitor is particularly advantageous, since the flow within the capacitor is additionally supported by the weight of the fluid. In addition, the resulting pressure loss within the condenser is less than when the fluid must be transported up against the weight.
In einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung, kann es vorgesehen sein, dass der innere Volumenanteil des zweiten Bereichs des ersten Strömungskanals maximal ca. 40%, dabei vorzugsweise ca. 20%, dabei vorzugsweise zwischen ca. 5% und ca. 15% des inneren Gesamtvolumens des ersten Strömungskanals ausmacht.In an alternative embodiment of the invention, it may be provided that the inner volume fraction of the second region of the first flow channel is a maximum of about 40%, preferably about 20%, preferably between about 5% and about 15% of the total internal volume of the first flow channel.
Thermisch vorteilhaft ist es, wenn die Unterkühlstrecke, die dem zweiten Bereich des ersten Strömungskanals entspricht, einen möglichst großen Volumenanteil am Gesamtvolumen des ersten Strömungskanals einnimmt, da dadurch die Fluidtemperatur am Kondensatoraustritt besonders tief gehalten werden kann. Dies kann zu einer Verbesserung der Systemleistung führen.It is thermally advantageous if the subcooling path, which corresponds to the second region of the first flow channel, the largest possible volume fraction of the total volume of the first Flow channel occupies, as this, the fluid temperature at the condenser outlet can be kept very low. This can improve system performance.
Es wird jedoch, durch die Verringerung der Wärmeübertragungsfläche im Kondensationsbereich, welcher dem ersten Bereich des ersten Strömungskanals entspricht, die Wärmeübertragung verschlechtert. Dies wirkt sich negativ auf den Druck auf der Hochdruckseite des Kältemittelkreislaufes aus, was insgesamt zu einer schlechteren Systemleistung führt.However, by reducing the heat transfer area in the condensation area corresponding to the first area of the first flow passage, the heat transfer is deteriorated. This has a negative effect on the pressure on the high-pressure side of the refrigerant circuit, resulting in an overall poorer system performance.
Daher ist eine Begrenzung der Unterkühlstrecke auf die oben angegebenen Volumenanteile vorteilhaft im Sinne der Effizienz des Kondensators.Therefore, a limitation of the subcooling distance to the above-stated volume fractions is advantageous in terms of the efficiency of the capacitor.
Weiterhin ist es zu bevorzugen, wenn die Kühlmittelzuleitung und die Kühlmittelableitung des zweiten Strömungskanals, entlang der Durchströmungsrichtung eines Kanals zwischen den Scheibenelementen betrachtet, an gegenüberliegenden Endbereichen des Kondensators angeordnet sind.Furthermore, it is preferable if the coolant supply line and the coolant discharge line of the second flow channel, viewed along the flow direction of a channel between the disk elements, are arranged on opposite end regions of the condenser.
Die Anordnung der Kühlmittelzuleitung und der Kühlmittelableitung an gegenüberliegenden Endbereichen des Kondensators ist besonders vorteilhaft, wenn das Kühlmittel den Kondensator ohne wesentliche Umlenkung durchströmen soll.The arrangement of the coolant supply and the coolant discharge at opposite end portions of the condenser is particularly advantageous when the coolant is to flow through the condenser without substantial deflection.
Gemäß einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass der erste Bereich und/oder der zweite Bereich des ersten Strömungskanals innerhalb des Kondensators ein oder mehrmals in seiner Hauptdurchströmungsrichtung umgelenkt wird.According to a particularly preferred development of the invention, provision may be made for the first region and / or the second region of the first flow channel to be deflected one or more times within the main flow direction within the condenser.
Durch eine einfache oder mehrfache Umlenkung der Strömungsrichtung, kann erreicht werden, dass das Kältemittel und das Kühlmittel entweder im Gleichstrom oder im Gegenstrom zueinander strömen. Dadurch kann der Wärmeübertrag zwischen Kühlmittel und Kältemittel beeinflusst werden.By a simple or multiple deflection of the flow direction, it can be achieved that the refrigerant and the coolant flow either in cocurrent or in countercurrent to each other. As a result, the heat transfer between coolant and refrigerant can be influenced.
Darüber hinaus kann es vorteilhaft sein, wenn der zweite Strömungskanal innerhalb des Kondensators zumindest einmal in seiner Hauptdurchströmungsrichtung um etwa 180° umgelenkt wird.In addition, it may be advantageous if the second flow channel is deflected within the condenser at least once in its main flow direction by about 180 °.
Eine Umlenkung des zweiten Strömungskanals kann vorteilhaft sein, um das strömende Kühlmittel mit dem Kältemittel in Gleichstrom oder Gegenstrom zu bringen. Der Wärmeübertrag zwischen Kältemittel und Kühlmittel kann durch eine Umlenkung des zweiten Strömungskanals beeinflusst werden.A deflection of the second flow channel may be advantageous in order to bring the flowing coolant with the refrigerant in cocurrent or countercurrent. The heat transfer between the refrigerant and the coolant can be influenced by a deflection of the second flow channel.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Strömungskanal in seiner Hauptdurchströmungsrichtung einmal um etwa 180° umgelenkt wird, wodurch ein Hinströmbereich und ein Rückströmbereich entsteht, wobei das innere Volumen des Hinströmbereichs des zweiten Strömungskanals und das innere Volumen des Rückströmbereichs des zweiten Strömungskanals ungefähr gleich groß und/oder ungleich groß sind.A further preferred embodiment is characterized in that the second flow channel is deflected once in its main flow direction by approximately 180 °, whereby a Hinströmbereich and a Rückströmbereich arises, wherein the inner volume of the inflow region of the second flow channel and the inner volume of the Rückströmbereichs the second flow channel approximately are the same size and / or unequal size.
Der Hinströmbereich des zweiten Strömungskanals und der Rückströmbereich können vorteilhafterweise hinsichtlich ihres Volumens ungefähr gleich groß sein. Dies ist insbesondere hinsichtlich der entstehenden Druckverluste für das Kühlmittel besonders vorteilhaft.The inflow region of the second flow channel and the return flow region can advantageously be approximately equal in volume. This is particularly advantageous in particular with regard to the resulting pressure losses for the coolant.
Für den Fall, dass sich die Trennung in Hinströmbereich und Rückströmbereich an der Aufteilung in Kondensationsbereich und Unterkühlbereich orientiert, kann jedoch auch eine ungleiche Verteilung vorteilhaft sein.In the event that the separation in Hinströmbereich and Rückströmbereich based on the division into the condensation zone and sub-cooling region, but also an uneven distribution may be advantageous.
Vorteilhaft ist es weiterhin, wenn das Kühlmittel derart durch den zweiten Strömungskanal strömt, dass es entlang der Hauptdurchströmungsrichtung des zweiten Strömungskanals zuerst in thermischen Kontakt mit dem zweiten Bereich des ersten Strömungskanals tritt oder es zuerst mit dem zweiten Bereich und wenigstens einem Abschnitt des ersten Bereichs des ersten Strömungskanals in thermischen Kontakt tritt und jeweils nach der Umlenkung im Wesentlichen in thermischen Kontakt mit dem ersten Bereich des ersten Strömungskanals tritt.It is furthermore advantageous if the coolant flows through the second flow channel in such a way that it first makes thermal contact with the second region of the first flow channel along the main flow direction of the second flow channel or first with the second region and at least a portion of the first region of the second flow channel the first flow channel comes into thermal contact and occurs in each case after the deflection substantially in thermal contact with the first region of the first flow channel.
Durch ein Einströmen des Kühlmittels derart, dass im Wesentlichen zuerst ein thermischer Kontakt zwischen dem zweiten Bereich des zweiten Strömungskanals und dem Kühlmittel stattfindet, kann die Ausgangstemperatur des Kältemittels aus dem Kondensator wirksam reduziert werden. Das frisch in den Kondensator einströmende Kühlmittel weißt seine niedrigste Temperatur direkt am Fluideinlass auf. Dadurch ist der Wärmeübergang besonders hoch. Um einen unnötig hohen Druckverlust infolge der ungleichen Volumenanteile zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich des ersten Strömungskanals für das Kühlmittel zu vermeiden, kann das Kühlmittel zusätzlich zu dem thermischen Kontakt mit dem zweiten Bereich auch mit einem Abschnitt des ersten Bereichs des ersten Strömungskanals in thermischen Kontakt gebracht werden. Auf diese Weise werden die Hinströmstrecke und die Rückströmstrecke des Kühlmittels derart gestaltet, dass ein annähernd gleiches inneres Volumen vorhanden ist, wodurch der innere Druckverlust reduziert wird.By flowing the coolant such that essentially thermal contact first takes place between the second region of the second flow channel and the coolant, the outlet temperature of the refrigerant from the condenser can be effectively reduced. The fresh coolant entering the condenser has its lowest temperature directly at the fluid inlet. As a result, the heat transfer is particularly high. In order to avoid an unnecessarily high pressure loss due to the unequal volume fractions between the first region and the second region of the first flow channel for the coolant, the coolant may also be in thermal contact with a portion of the first region of the first flow channel in addition to the thermal contact with the second region Be brought in contact. In this way, the outflow path and the backflow path of the coolant are designed such that an approximately equal internal volume is present, whereby the internal pressure loss is reduced.
Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn zwischen dem ersten Bereich zur Enthitzung und Kondensation des dampfförmigen Kältemittels und dem zweiten Bereich zur Unterkühlung des kondensierten Kältemittels eine thermische Trennung vorhanden ist.Furthermore, it is expedient if there is a thermal separation between the first area for desuperheating and condensation of the vaporous refrigerant and the second area for subcooling the condensed refrigerant.
Durch eine thermische Trennung zwischen dem Kondensationsbereich und dem Unterkühlbereich des Kondensators, kann eine thermische Wechselwirkung zwischen den Fluiden im Unterkühlbereich und im Kondensationsbereich erreicht werden. Insbesondere kann eine erneute Erwärmung des Kältemittels vermieden werden, was zu einer Steigerung der Systemleistung des Kondensators führen kann. By a thermal separation between the condensation region and the subcooling region of the condenser, a thermal interaction between the fluids in the subcooling region and in the condensation region can be achieved. In particular, a renewed heating of the refrigerant can be avoided, which can lead to an increase in the system performance of the capacitor.
In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass die thermische Trennung als thermisch isolierende Scheibe, als Luftspalt, als Luft führender Kanal, als Teil des zweiten Strömungskanals mit einem mehrfach ausgeführten Kühlmittelpfad und/oder als Teil des zweiten Strömungskanals mit einer größeren Strömungsquerschnittsfläche als der übrige zweite Strömungskanal ausgebildet ist.In an alternative embodiment of the invention, it may be provided that the thermal separation as a thermally insulating disc, as an air gap, as an air-conducting channel, as part of the second flow channel with a multiply executed coolant path and / or as part of the second flow channel with a larger flow cross-sectional area as the remaining second flow channel is formed.
Vorteilhafterweise kann die thermische Trennung durch eines der Scheibenelemente des Kondensators realisiert werden, wodurch der konstruktive Aufwand minimal gehalten wird. Speziell angefertigte Scheibenelemente können dagegen zu einer stärken thermischen Trennung führen.Advantageously, the thermal separation can be realized by one of the disc elements of the capacitor, whereby the design complexity is minimized. Specially prepared disc elements, however, can lead to a strong thermal separation.
Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen und der nachfolgenden Figurenbeschreibung beschrieben.Advantageous developments of the present invention are described in the subclaims and the following description of the figures.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen detailliert erläutert. In den Zeichnungen zeigen:In the following the invention will be explained in detail by means of embodiments with reference to the drawings. In the drawings show:
Bevorzugte Ausführung der ErfindungPreferred embodiment of the invention
Die
Über verschiedenartige Ausgestaltungen der Scheibenelemente kann erreicht werden, dass im Inneren des Wärmeübertragerblacks
An einer Außenfläche des Wärmeübertragerblacks
Der in
Der Sammler
Der Kondensator
Ein Kältemittel kann so über den Kältemitteleinlass
Das Kühlmittel strömt durch den Kühlmitteleinlass
Der erste Strömungskanal ist in einen ersten Bereich und einen zweiten Bereich eingeteilt. Der erste Bereich erstreckt sich vom Kältemitteleinlass
Die
Die
Der in
Mit dem Bezugszeichen
Der Kondensationsbereich
Um allgemein eine optimale Funktion eines Kondensators zu gewährleisten, ist es anzustreben, dass das Verhältnis zwischen dem Kondensationsbereich und dem Unterkühlbereich in einem gewissen maximalen Verhältnis zueinander steht. Es ist daher ratsam, dass das Innenvolumen des ersten Strömungskanals, welches dem Unterkühlbereich zugeordnet ist, im Verhältnis zum Innenvolumen des ersten Strömungskanals, welches der Kondensationsfläche zugeordnet ist, nicht größer als 40% des Gesamtinnenvolumens des ersten Strömungskanals ist. Vorteilhafterweise ist es anzustreben, dass das Innenvolumen des ersten Strömungskanals, welches dem Unterkühlbereich zugeordnet ist, sogar nicht größer als 20% wird, optimal ist eine Aufteilung des Gesamtinnenvolumens des ersten Strömungskanals in ca. 5% bis 15% des Volumens für die Unterkühlstrecke und 85% bis 95% des Innenvolumens für den Kondensationsbereich.In order to ensure an optimal function of a capacitor in general, it is desirable that the ratio between the condensation region and the subcooling region is in a certain maximum relationship to each other. It is therefore advisable that the internal volume of the first flow channel, which is assigned to the subcooling region, in relation to the internal volume of the first flow channel, which is assigned to the condensation surface, not greater than 40% of the total internal volume of the first flow channel. Advantageously, it is desirable that the inner volume of the first flow channel, which is assigned to the subcooling, even no greater than 20%, optimally dividing the total inner volume of the first flow channel in about 5% to 15% of the volume for the subcooling and 85th % to 95% of the internal volume for the condensation zone.
Dem Kondensator
Über die Pfeile mit den Bezugszeichen
In
Die
In allen
Das Fluid kann beispielsweise direkt in den ersten Kanal, welcher sich zwischen dem ersten und dem zweiten Scheibenelement ergibt, geleitet werden. Alternativ kann das Fluid beispielsweise auch durch eine Verschließung einzelner Scheibenelemente beziehungsweise durch das Einführen eines Tauchrohres in jeden anderen Kanal zwischen den Scheibenelementen eingeleitet werden. Die Möglichkeiten der Aufteilung der einzelnen Kanäle in den ersten Strömungskanal beziehungsweise den zweiten Strömungskanal innerhalb des Kondensators entsprechen im Wesentlichen denen die bereits im Stand der Technik bekannt sind.For example, the fluid may be directed directly into the first channel that results between the first and second disc members. Alternatively, the fluid can be introduced, for example, by closing individual disc elements or by inserting a dip tube into each other channel between the disc elements. The possibilities of dividing the individual channels into the first flow channel or the second flow channel within the condenser essentially correspond to those which are already known in the prior art.
In
Durch die nicht umgelenkte Strömung des Kühlmittels von unten nach oben durch den Kondensator
Durch eine Umkehrung der Durchströmungsrichtung des Kühlmittels kann erreicht werden, dass sowohl im Kondensationsbereich
Die
In alternativen Ausgestaltungen ist auch eine Unterteilung sowohl des Kondensationsbereichs als auch des Unterkühlbereichs in eine abweichende Anzahl von Strömungspfaden denkbar. Die Unterteilung des Kondensationsbereichs
Außerhalb des Kondensators
Das Kühlmittel wird über die Kühlmittelzuleitung
In der in
Um einen möglichst gleichmäßigen Druckverlust sowohl in der Hinströmstrecke als auch in der Rückströmstrecke des Kühlmittels zu erreichen, ist es vorteilhaft wenn die Kanäle, welche den zweiten Strömungskanal in Summe bilden, ungefähr zu gleichen Teilen der Hinströmstrecke und der Rückströmstrecke des Kühlmittels zugeordnet sind.In order to achieve a pressure loss as uniform as possible both in the outflow section and in the return flow path of the coolant, it is advantageous if the channels which form the second flow channel in total, are assigned approximately equal parts of Hinströmstrecke and the return flow of the coolant.
Die Aufteilung des zweiten Strömungskanals in Hinströmstrecke und Rückströmstrecke muss damit nicht mit der Aufteilung des ersten Strömungskanals in den Kondensationsbereich
Das Kältemittel wird dem Kondensator
Nach dem Durchströmen des Sammlers
Über die beschriebene Führung des Kühlmittels und die beschriebene Führung des Kältemittels ergibt sich, dass das Kühlmittel und das Kältemittel im gesamten Kondensator
Die Oberleitung des Kältemittels aus dem Kondensationsbereich
Der in
Im Allgemeinen können die hier in den
Die einzelnen Verbindungsleitungen zwischen Wärmeübertragerblock und Sammler können entweder direkt mit dem Wärmeübertragerblock mitgelötet werden oder nachträglich durch innenliegende beziehungsweise außenliegende Rohre realisiert werden. Ebenso ist es vorsehbar die Zuleitung beziehungsweise Ableitung zwischen Wärmeübertragerblock und Sammler über eine entsprechende Gestaltung der beiden äußeren Scheibenelemente vorzunehmen. Beispielsweise ist es vorsehbar, dass Kanäle in die beiden äußeren oder auch in nur einer der äußeren Scheibenelemente integriert werden, welche als Zuleitung beziehungsweise Ableitung genutzt werden können.The individual connecting lines between heat exchanger block and collector can either be soldered directly to the heat exchanger block or subsequently realized by internal or external pipes. Likewise, it is providable to make the supply or discharge between heat exchanger block and collector via a corresponding design of the two outer disc elements. For example, it is conceivable that channels are integrated into the two outer or in only one of the outer disk elements, which can be used as a supply or discharge.
Die
Der erste Strömungskanal ist von einem Kältemittel durchflossen. Die Kanäle, die zum ersten Strömungskanal gehören sind schraffiert und mit dem Bezugszeichen
Weiterhin ist in
Die thermische Trennschicht kann dabei beispielsweise durch einen luftgefüllten Kanal zwischen zwei Scheibenelementen gebildet sein, durch einen Luftspalt zwischen zwei benachbarten Scheibenelementen oder eine Anordnung mehrerer Kühlmittelkanäle nebeneinander. Die genannten Möglichkeiten zur Ausbildung einer thermischen Trennschicht sind beispielhaft und besitzen keinen beschränkenden Charakter. In besonders vorteilhaften Ausführungen, wird insbesondere der Wärmeübergang auf das Kältemittel, also eine Erwärmung des Kältemittels vermieden.The thermal separation layer can be formed, for example, by an air-filled channel between two disk elements, by an air gap between two adjacent disk elements or an arrangement of several coolant channels next to each other. The aforementioned possibilities for forming a thermal separating layer are exemplary and have no limiting character. In particularly advantageous embodiments, in particular the heat transfer to the refrigerant, ie a heating of the refrigerant is avoided.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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