DE102015203141A1

DE102015203141A1 - Heat exchanger

Info

Publication number: DE102015203141A1
Application number: DE102015203141.1A
Authority: DE
Inventors: Herbert Hofmann; Gottfried Dürr; Andreas Kemle; Joachim Michael Haug; Lisa Breidenbach
Original assignee: Mahle International GmbH
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2015-02-20
Filing date: 2015-02-20
Publication date: 2016-08-25

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager (1) mit einem ersten Wärmeübertragungsbereich (2) und mit einem zweiten Wärmeübertragungsbereich (3), wobei in dem ersten Wärmeübertragungsbereich (2) ein erster Strömungskanal (4) zur Durchströmung eines ersten Kühlmittels und ein zweiter Strömungskanal (5) zur Durchströmung eines Kältemittels vorgesehen ist zur Wärmeübertragung zwischen dem ersten Kühlmittel und dem Kältemittel, wobei in dem zweiten Wärmeübertragungsbereich (3) ein dritter Strömungskanal (6) zur Durchströmung eines zweiten Kühlmittels und ein vierter Strömungskanal (7) zur Durchströmung des Kältemittels vorgesehen ist zur Wärmeübertragung zwischen dem zweiten Kühlmittel und dem Kältemittel, wobei die Querschnittsfläche des ersten Strömungskanals (4) zumindest doppelt so groß ist als die Querschnittsfläche des dritten Strömungskanals (6).The invention relates to a heat exchanger (1) having a first heat transfer area (2) and a second heat transfer area (3), wherein in the first heat transfer area (2) a first flow channel (4) for flowing through a first coolant and a second flow channel (5) for the flow of a refrigerant is provided for heat transfer between the first coolant and the refrigerant, wherein in the second heat transfer region (3) a third flow channel (6) for the flow of a second coolant and a fourth flow channel (7) is provided for the flow of the refrigerant for heat transfer between the second coolant and the refrigerant, wherein the cross-sectional area of the first flow channel (4) is at least twice as large as the cross-sectional area of the third flow channel (6).

Description

Technisches GebietTechnical area

Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager, insbesondere für ein Kraftfahrzeug.The invention relates to a heat exchanger, in particular for a motor vehicle.

Stand der TechnikState of the art

In Kraftfahrzeugen werden Wärmeübertrager zu den verschiedensten Zwecken eingesetzt. So sind in einem Kältemittelkreislauf üblicherweise zumindest ein Kondensator und ein Verdampfer eingesetzt. Der Kondensator wird von dem Kältemittel eines Kältemittelkreislaufs durchströmt, wobei der Kondensator weiterhin auch von einem Kühlmittel durchströmt wird. Dabei wird das Kühlmittel im Kondensator erwärmt, während das Kältemittel im Kondensator abgekühlt wird. Der Verdampfer eines Kältemittelkreislaufs wird ebenso von einem Kältemittel durchströmt. Auch wird der Verdampfer von einem Kühlmittel durchströmt. Das Kältemittel wird dabei erwärmt, während das Kühlmittel abgekühlt wird. Allerdings sind die beiden Kühlmittelströme durch den Verdampfer und durch den Kondensator unterschiedlich und es resultieren unterschiedliche Kühlmitteltemperaturen. So kann ein Klimakreislauf oder ein Wärmepumpenkreislauf betrieben werden.In motor vehicles heat exchangers are used for a variety of purposes. Thus, in a refrigerant circuit usually at least one condenser and an evaporator are used. The condenser is flowed through by the refrigerant of a refrigerant circuit, wherein the condenser is also flowed through by a coolant. In this case, the coolant is heated in the condenser, while the refrigerant is cooled in the condenser. The evaporator of a refrigerant circuit is also flowed through by a refrigerant. Also, the evaporator is flowed through by a coolant. The refrigerant is heated while the coolant is cooled. However, the two coolant flows through the evaporator and through the condenser are different and different coolant temperatures result. So an air conditioning cycle or a heat pump cycle can be operated.

Üblicherweise sind der Kondensator und der Verdampfer an unterschiedlichen Stellen in einem Kraftfahrzeug angeordnet. Dabei ist der benötigte Bauraumbedarf üblicherweise hoch und die Kosten für die Herstellung der beiden Wärmeübertrager sind auch hoch. Bei den heutigen verwendeten Kältemitteln ist der Preis pro Volumeneinheit relativ teuer, so dass die Füllmenge des Kältemittels in dem Kondensator und in dem Verdampfer auch für die Betriebskosten des Fahrzeugs aufgrund der Befüllung mitverantwortlich ist.Usually, the condenser and the evaporator are arranged at different locations in a motor vehicle. The required space requirement is usually high and the cost of producing the two heat exchangers are also high. In the refrigerants used today, the price per unit volume is relatively expensive, so that the filling amount of the refrigerant in the condenser and in the evaporator is also partly responsible for the operating costs of the vehicle due to the filling.

Die US 2012/0222846 A1 offenbart ein solches Kreislaufsystem, bei welchem der Kondensator von dem Verdampfer getrennt ausgebildet ist, wobei der Kondensator allerdings mit einer Unterkühlstrecke und einem Sammler als Baueinheit ausgebildet ist, wie es im Stand der Technik auch anderweitig für Kältemittel-Luft-Kondensatoren bekannt ist.The US 2012/0222846 A1 discloses such a circulation system in which the condenser is formed separately from the evaporator, wherein the condenser is, however, formed with a subcooling line and a collector as a structural unit, as is otherwise known in the art for refrigerant-air condensers.

Die EP 2 174 810 B1 offenbart einen Kältemittelkreislauf mit Verdampfer und Kondensator, die jeweils von Kältemittel und von jeweils einem Kühlmittel durchströmt werden, wobei die beiden jeweiligen Kühlmittelkreisläufe jeweils einen weiteren Wärmeübertrager aufweisen, um einen Wärmetausch von dem jeweiligen Kühlmittel zur Luft zu erreichen. Dabei sind Verdampfer und Kondensator als Baueinheit ausgebildet. Allerdings zeigen sich aufgrund der verschiedenen Kühlmittelströme und Kühlmitteltemperaturen Probleme.The EP 2 174 810 B1 discloses a refrigerant circuit with evaporator and condenser, which are respectively flowed through by refrigerant and a respective coolant, wherein the two respective coolant circuits each have a further heat exchanger to achieve a heat exchange from the respective coolant to the air. In this case, evaporator and condenser are designed as a structural unit. However, problems arise due to the different coolant flows and coolant temperatures.

Darstellung der Erfindung, Aufgabe, Lösung, VorteilePresentation of the invention, object, solution, advantages

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wärmeübertrager zu schaffen, welcher bei geringem Bauraum einen optimierten Wärmeübergang zwischen einem ersten Kühlmittelkreislauf und einem Kältemittelkreislauf und von einem zweiten Kühlmittelkreislauf auf den Kältemittelkreislauf ermöglicht.The invention has for its object to provide a heat exchanger, which allows for a small space an optimized heat transfer between a first coolant circuit and a refrigerant circuit and a second coolant circuit to the refrigerant circuit.

Die Aufgabe wird mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.The object is achieved with the features of claim 1.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager mit einem ersten Wärmeübertragungsbereich und mit einem zweiten Wärmeübertragungsbereich, wobei in dem ersten Wärmeübertragungsbereich ein erster Strömungskanal zur Durchströmung eines ersten Kühlmittels und ein zweiter Strömungskanal zur Durchströmung eines Kältemittels vorgesehen ist zur Wärmeübertragung zwischen dem ersten Kühlmittel und dem Kältemittel, wobei in dem zweiten Wärmeübertragungsbereich ein dritter Strömungskanal zur Durchströmung eines zweiten Kühlmittels und ein vierter Strömungskanal zur Durchströmung des Kältemittels vorgesehen ist zur Wärmeübertragung zwischen dem zweiten Kühlmittel und dem Kältemittel, wobei die Querschnittsfläche des ersten Strömungskanals zumindest doppelt so groß ist als die Querschnittsfläche des dritten Strömungskanals. Dadurch kann die Effizienz des Wärmeübertragers optimiert werden, weil die effektive Wärmeübertragung auch vom Druckabfall des beispielsweise verwendeten Kühlmittels abhängt, wenn der Wärmeübertrager ein Kondensator ist und ein Kältemittel zu kondensieren ist. Ist der Druckabfall jedoch zu hoch, werden damit stärkere und auch teurere Pumpen benötigt und die für deren Betrieb nötige Energie steigt auch an. Der Druckabfall hängt aber auch von der Viskosität des Mediums ab und damit auch von der Temperatur des Fluids. Bei der Anwendung eines Kondensators und eines Verdampfers in einem Kältemittelkreislauf zeigt sich, dass die Viskosität des Fluids im Verdampfer erheblich höher ist als im Kondensator. Entsprechend sind die Querschnittsflächen anzupassen.An embodiment of the invention relates to a heat exchanger having a first heat transfer area and a second heat transfer area, wherein in the first heat transfer area a first flow channel for flowing through a first coolant and a second flow channel for flowing through a refrigerant is provided for heat transfer between the first coolant and the refrigerant, wherein in the second heat transfer region, a third flow channel for flowing through a second coolant and a fourth flow channel for flowing through the refrigerant is provided for heat transfer between the second coolant and the refrigerant, wherein the cross-sectional area of the first flow channel is at least twice as large as the cross-sectional area of the third flow channel , Thereby, the efficiency of the heat exchanger can be optimized, because the effective heat transfer also depends on the pressure drop of the coolant used, for example, when the heat exchanger is a condenser and a refrigerant is to condense. However, if the pressure drop is too high, stronger and more expensive pumps are needed and the energy needed for their operation also increases. The pressure drop also depends on the viscosity of the medium and thus also on the temperature of the fluid. When using a condenser and an evaporator in a refrigerant circuit shows that the viscosity of the fluid in the evaporator is significantly higher than in the condenser. Accordingly, the cross-sectional areas are adjusted.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Querschnittsfläche des ersten Strömungskanals zumindest viermal so groß ist als die Querschnittsfläche des dritten Strömungskanals. Dadurch wird eine optimalere Anpassung an die Viskositäten der verwendeten Fluide erreicht.It is particularly advantageous if the cross-sectional area of the first flow channel is at least four times greater than the cross-sectional area of the third flow channel. This achieves a more optimal adaptation to the viscosities of the fluids used.

Die Aufgabe wird mit den Merkmalen von Anspruch 3 gelöst.The object is achieved with the features of claim 3.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager mit einem ersten Wärmeübertragungsbereich und mit einem zweiten Wärmeübertragungsbereich, wobei in dem ersten Wärmeübertragungsbereich ein erster Strömungskanal zur Durchströmung eines ersten Kühlmittels und ein zweiter Strömungskanal zur Durchströmung eines Kältemittels vorgesehen ist zur Wärmeübertragung zwischen dem ersten Kühlmittel und dem Kältemittel, wobei in dem zweiten Wärmeübertragungsbereich ein dritter Strömungskanal zur Durchströmung eines zweiten Kühlmittels und ein vierter Strömungskanal zur Durchströmung des Kältemittels vorgesehen ist zur Wärmeübertragung zwischen dem zweiten Kühlmittel und dem Kältemittel, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis des hydraulischen Durchmessers des zweiten Strömungskanals zum hydraulischen Durchmesser des vierten Strömungskanals zumindest 1,2 beträgt.An embodiment of the invention relates to a heat exchanger with a first heat transfer area and with a second Heat transfer region, wherein in the first heat transfer region, a first flow channel for flowing through a first coolant and a second flow channel for flowing through a refrigerant is provided for heat transfer between the first coolant and the refrigerant, wherein in the second heat transfer region, a third flow channel for the flow of a second coolant and a Fourth flow channel for flowing through the refrigerant is provided for heat transfer between the second coolant and the refrigerant, characterized in that the ratio of the hydraulic diameter of the second flow channel to the hydraulic diameter of the fourth flow channel is at least 1.2.

In einem Verdampfer eines Kältemittelkreislaufs verdampft das Kältemittel bei einem Druck, der in der Regel etwa nur ein Viertel bis ein Achtel des Drucks beträgt, bei dem das Kältemittel im Kondensator kondensiert. Die Querschnittsflächen sind daraufhin im Rahmen des verfügbaren Bauraums anzupassen. Da dies aber bei den verfügbaren Bauräumen nicht immer möglich ist, ist es auch sinnvoll, die hydraulischen Durchmesser auf der Kältemittelseite entsprechend anzupassen, da der hydraulische Durchmesser den Druckabfall ebenso beeinflusst.In an evaporator of a refrigerant circuit, the refrigerant evaporates at a pressure which is usually about one-quarter to one-eighth of the pressure at which the refrigerant condenses in the condenser. The cross-sectional areas are then adjusted within the available space. Since this is not always possible with the available installation space, it makes sense to adjust the hydraulic diameters on the refrigerant side accordingly, since the hydraulic diameter also influences the pressure drop.

Dabei ist es auch vorteilhaft, wenn das Verhältnis des hydraulischen Durchmessers des zweiten Strömungskanals zum hydraulischen Durchmesser des vierten Strömungskanals zumindest 1,5 beträgt. Dies fördert die Erreichung des erwünschten Druckabfalls auf der Kältemittelseite.It is also advantageous if the ratio of the hydraulic diameter of the second flow channel to the hydraulic diameter of the fourth flow channel is at least 1.5. This promotes the achievement of the desired pressure drop on the refrigerant side.

Auch ist es zweckmäßig, wenn das Verhältnis des hydraulischen Durchmessers des zweiten Strömungskanals zum hydraulischen Durchmesser des vierten Strömungskanals zumindest 2,0 beträgt.It is also expedient if the ratio of the hydraulic diameter of the second flow channel to the hydraulic diameter of the fourth flow channel is at least 2.0.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist es zweckmäßig, wenn einer von dem ersten Wärmeübertragungsbereich oder dem zweiten Wärmeübertragungsbereich ein Kondensator ist und der andere von dem ersten Wärmeübertragungsbereich oder dem zweiten Wärmeübertragungsbereich ein Verdampfer ist. Entsprechend sind der eine oder der andere der Wärmeübertragungsbereiche oder beide in einen Kältemittelkreislauf integriert.According to an advantageous embodiment, it is expedient if one of the first heat transfer area or the second heat transfer area is a condenser and the other of the first heat transfer area or the second heat transfer area is an evaporator. Accordingly, one or the other of the heat transfer areas or both are integrated into a refrigerant circuit.

Auch ist es vorteilhaft, wenn der erste Wärmeübertragungsbereich und der zweite Wärmeübertragungsbereich als Baueinheit miteinander verbunden ausgebildet sind. Dadurch lässt sich relativ einfach ein effektiv herzustellender Wärmeübertrager ausbilden.It is also advantageous if the first heat transfer area and the second heat transfer area are designed to be connected together as a unit. This makes it relatively easy to form a heat exchanger to be produced effectively.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn der erste Wärmeübertragungsbereich und der zweite Wärmeübertragungsbereich jeweils als Stapelscheibenwärmeübertrager ausgebildet sind, wie insbesondere gemeinsam als ein gemeinsamer Stapelscheibenwärmeübertrager ausgebildet sind. Dadurch können einfach herzustellende Komponenten verwendet werden, deren Stapelung und Anzahl variierbar ist, um unterschiedliche Strömungskanäle und Geometrien zu erreichen.It is particularly advantageous if the first heat transfer region and the second heat transfer region are each designed as stacked plate heat exchangers, in particular in common fashion as a common stacked disk heat exchanger. As a result, it is possible to use components that are easy to produce, whose stacking and number can be varied in order to achieve different flow channels and geometries.

Auch ist es vorteilhaft, wenn der Stapelscheibenwärmeübertrager des ersten Wärmeübertragungsbereichs und der Stapelscheibenwärmeübertrager des zweite Wärmeübertragungsbereichs jeweils aus aufeinander gestapelten Wärmeübertragerscheiben ausgebildet ist, wobei der Abstand der Wärmeübertragerscheiben im ersten Wärmeübertragungsbereich gleich oder unterschiedlich zum Abstand der Wärmeübertragerscheiben im zweiten Wärmeübertragungsbereich ist. Dadurch kann bei gleichem Abstand die gleiche Wärmeübertragerscheibe verwendet werden, was die Herstellkosten reduziert. Auch kann der hydraulische Durchmesser durch eine Variation der Prägefrequenz angepasst werden. Bei unterschiedlichem Abstand kann hingegen bei ggf. höheren Kosten der Querschnitt und/oder der hydraulische Durchmesser optimal angepasst werden.It is also advantageous if the stacked-plate heat exchanger of the first heat transfer area and the stacked-plate heat exchanger of the second heat-transfer area are each formed from stacked heat exchanger disks, wherein the distance of the heat exchanger disks in the first heat transfer area is equal to or different from the distance of the heat exchanger disks in the second heat transfer area. As a result, the same heat exchanger disk can be used at the same distance, which reduces the production costs. Also, the hydraulic diameter can be adjusted by a variation of the embossing frequency. At different distances, however, the cross-section and / or the hydraulic diameter can be optimally adapted, if necessary, at higher costs.

Auch ist es vorteilhaft, wenn der Stapelscheibenwärmeübertrager des ersten Wärmeübertragungsbereichs aus aufeinander gestapelten Wärmeübertragerscheiben ausgebildet ist, wobei der Abstand der Wärmeübertragerscheiben zur Ausbildung des ersten Strömungskanals einen ersten Abstand aufweisen und zur Ausbildung des zweiten Strömungskanals einen zweiten Abstand aufweisen, wobei der erste Abstand gleich oder ungleich dem zweiten Abstand ist. So kann individuell eine Anpassung erfolgen.It is also advantageous if the stacked plate heat exchanger of the first heat transfer region is formed from stacked heat exchanger disks, wherein the distance between the heat exchanger disks for forming the first flow channel have a first distance and for forming the second flow channel have a second distance, wherein the first distance equal or not equal the second distance is. So an individual adjustment can be made.

Auch ist es besonders vorteilhaft, wenn der Stapelscheibenwärmeübertrager des zweiten Wärmeübertragungsbereichs aus aufeinander gestapelten Wärmeübertragerscheiben ausgebildet ist, wobei der Abstand der Wärmeübertragerscheiben zur Ausbildung des dritten Strömungskanals einen dritten Abstand aufweisen und zur Ausbildung des vierten Strömungskanals einen vierten Abstand aufweisen, wobei der dritte Abstand gleich oder ungleich dem vierten Abstand ist. Auch dadurch kann eine individuelle Anpassung erfolgen.It is also particularly advantageous if the stacked-plate heat exchanger of the second heat transfer area is formed from heat exchanger disks stacked on one another, wherein the distance between the heat exchanger disks to form the third flow channel has a third distance and a fourth distance to form the fourth flow channel, wherein the third distance is equal to or is not equal to the fourth distance. This can also be done by an individual adaptation.

Dabei ist es auch besonders vorteilhaft, wenn der erste Abstand, der zweite Abstand, der dritte Abstand und der vierte Abstand gleich sind.It is also particularly advantageous if the first distance, the second distance, the third distance and the fourth distance are the same.

Bei einem Ausführungsbeispiel ist es zweckmäßig, wenn ein Kältemittelsammler vorgesehen ist, welcher in den Stapelscheibenwärmeübertrager integriert ist oder an den Stapelscheibenwärmeübertrager angeschlossen ist. Dadurch kann der Wärmeübertrager nicht nur eine Funktion des Kondensierens des Kältemittels und des Verdampfens des Kältemittels aufweisen, sondern darüber hinaus auch noch bauraumsparend das Sammeln und auf Vorrat Speichern von Kältemittel vorsehen.In one embodiment, it is expedient if a refrigerant collector is provided, which is integrated in the stacked plate heat exchanger or to the Stacked plate heat exchanger is connected. As a result, the heat exchanger can not only have a function of condensing the refrigerant and evaporating the refrigerant, but moreover, it can also save space by collecting and storing storage of refrigerant.

Dabei ist es auch vorteilhaft, wenn ein innerer Wärmeübertrager vorgesehen ist, welcher in den Stapelscheibenwärmeübertrager integriert ist oder an den Stapelscheibenwärmeübertrager angeschlossen ist. Dies bewirkt einen besseren Wirkungsgrad des Wärmeaustauschs, wenn zwischen dem Verdampfer und dem Kondensator im Strömungsweg ein innerer Wärmeübertrager vorgesehen ist.It is also advantageous if an internal heat exchanger is provided, which is integrated in the stacked plate heat exchanger or connected to the stacked plate heat exchanger. This causes a better efficiency of heat exchange, if between the evaporator and the condenser in the flow path, an internal heat exchanger is provided.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn der innere Wärmeübertrager eine Hochdruckseite mit zumindest zwei Strömungskanälen und eine Niederdruckseite mit zumindest zwei Strömungskanälen aufweist, wobei die Querschnittsfläche der zumindest zwei Strömungskanäle auf der Niederdruckseite größer ist als die Querschnittsfläche der zumindest zwei Strömungskanäle auf der Hochdruckseite.It is particularly advantageous if the inner heat exchanger has a high-pressure side with at least two flow channels and a low-pressure side with at least two flow channels, wherein the cross-sectional area of the at least two flow channels on the low-pressure side is greater than the cross-sectional area of the at least two flow channels on the high-pressure side.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn der innere Wärmeübertrager eine Hochdruckseite mit zumindest zwei Strömungskanälen und eine Niederdruckseite mit zumindest zwei Strömungskanälen aufweist, wobei der hydraulische Durchmesser der zumindest zwei Strömungskanäle auf der Niederdruckseite zumindest das 1,2-fache von dem hydraulischen Durchmesser der zumindest zwei Strömungskanäle auf der Hochdruckseite beträgt.Furthermore, it is advantageous if the inner heat exchanger has a high-pressure side with at least two flow channels and a low-pressure side with at least two flow channels, wherein the hydraulic diameter of the at least two flow channels on the low pressure side at least 1.2 times the hydraulic diameter of the at least two flow channels on the high pressure side is.

Gemäß der Erfindung ist es vorteilhaft, wenn der hydraulische Durchmesser der zumindest zwei Strömungskanäle auf der Niederdruckseite zumindest das 1,5-fache von dem hydraulischen Durchmesser der zumindest zwei Strömungskanäle auf der Hochdruckseite beträgt. Dadurch kann eine vorteilhafte Anpassung des Druckabfalls vorgenommen werden.According to the invention, it is advantageous if the hydraulic diameter of the at least two flow channels on the low-pressure side is at least 1.5 times the hydraulic diameter of the at least two flow channels on the high-pressure side. As a result, an advantageous adaptation of the pressure drop can be made.

Auch ist es vorteilhaft, wenn der innere Wärmeübertrager auf der Hochdruckseite Umlenkungen zumindest eines der Strömungskanäle oder beider Strömungskanäle aufweist.It is also advantageous if the inner heat exchanger on the high-pressure side has deflections at least one of the flow channels or both flow channels.

Gemäß der Erfindung ist es zweckmäßig, wenn der Wärmeübertragerbereich des Kondensators in einem Strömungskanal für Kältemittel Umlenkungen aufweist.According to the invention, it is expedient if the heat exchanger region of the condenser has deflections in a flow channel for refrigerant.

Auch ist es zweckmäßig, wenn der Wärmeübertragerbereich des Verdampfers in einem Strömungskanal für Kühlmittel Umlenkungen aufweist.It is also expedient if the heat exchanger region of the evaporator has deflections in a flow channel for coolant.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind durch die nachfolgende Figurenbeschreibung und durch die Unteransprüche beschrieben.Further advantageous embodiments are described by the following description of the figures and by the subclaims.

Kurze Beschreibung der Figuren der ZeichnungenBrief description of the figures of the drawings

Nachstehend wird die Erfindung auf der Grundlage zumindest eines Ausführungsbeispiels anhand der Figuren der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:The invention will be explained in more detail on the basis of at least one embodiment with reference to the figures of the drawing. Show it:

1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Wärmeübertragers, 1 a schematic representation of an embodiment of a heat exchanger according to the invention,

2 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Wärmeübertragers, 2 a schematic representation of a second embodiment of a heat exchanger according to the invention,

3 eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Wärmeübertragers, und 3 a schematic representation of a third embodiment of a heat exchanger according to the invention, and

4 eine schematische Darstellung eines vierten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Wärmeübertragers. 4 a schematic representation of a fourth embodiment of a heat exchanger according to the invention.

Bevorzugte Ausführung der ErfindungPreferred embodiment of the invention

Die 1 zeigt einen Wärmeübertrager 1 mit einem ersten Wärmeübertragungsbereich 2 und mit einem zweiten Wärmeübertragungsbereich 3. In dem ersten Wärmeübertragungsbereich 2 ist ein erster Strömungskanal 4 zur Durchströmung eines ersten Kühlmittels und ein zweiter Strömungskanal 5 zur Durchströmung eines Kältemittels vorgesehen. Dabei findet eine Wärmeübertragung zwischen dem Kühlmittel und dem Kältemittel statt.The 1 shows a heat exchanger 1 with a first heat transfer area 2 and with a second heat transfer area 3 , In the first heat transfer area 2 is a first flow channel 4 for the flow through a first coolant and a second flow channel 5 provided for the flow of a refrigerant. In this case, a heat transfer between the coolant and the refrigerant takes place.

Weiterhin ist in dem zweiten Wärmeübertragungsbereich 3 ein dritter Strömungskanal 6 zur Durchströmung eines zweiten Kühlmittels und ein vierter Strömungskanal 7 zur Durchströmung des Kältemittels vorgesehen. Dabei findet eine Wärmeübertragung zwischen dem Kühlmittel und dem Kältemittel statt. Das zweite Kühlmittel kann das gleiche Kühlmittel sein, wie das erste Kühlmittel, es kann auch zu diesem verschieden sein. Auch kann es das gleiche Kühlmittel, aber bei einer anderen Temperatur sein. Auch das Kältemittel des ersten Wärmeübertragungsbereichs 2 ist vorteilhaft das gleiche Kältemittel, nur bei einer anderen Temperatur und ggf. bei einem anderen Druck, wie das Kältemittel des zweiten Wärmeübertragungsbereichs 3.Furthermore, in the second heat transfer area 3 a third flow channel 6 for the passage of a second coolant and a fourth flow channel 7 intended to flow through the refrigerant. In this case, a heat transfer between the coolant and the refrigerant takes place. The second coolant may be the same coolant as the first coolant, and may be different. Also, it can be the same coolant but at a different temperature. Also the refrigerant of the first heat transfer area 2 is advantageously the same refrigerant, only at a different temperature and possibly at a different pressure, such as the refrigerant of the second heat transfer area 3 ,

Die Strömungskanäle 4, 5, 6, 7 weisen jeweils einen Querschnitt mit einer Querschnittsfläche auf, wobei dies der Querschnitt zur Durchströmung des jeweiligen Fluids ist. Dabei ist erfindungsgemäß die Querschnittsfläche des ersten Strömungskanals 4 des ersten Kühlmittels zumindest doppelt so groß als die Querschnittsfläche des dritten Strömungskanals 6 für das zweite Kühlmittel. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel ist es auch vorteilhaft, wenn die Querschnittsfläche des ersten Strömungskanals 4 zumindest viermal so groß ist als die Querschnittsfläche des dritten Strömungskanals 6.The flow channels 4 . 5 . 6 . 7 each have a cross section with a cross-sectional area, which is the cross-section for the flow through the respective fluid. In this case, according to the invention, the cross-sectional area of the first flow channel 4 of the first coolant is at least twice as large as the cross-sectional area of the third flow channel 6 for the second coolant. In a further embodiment, it is also advantageous if the cross-sectional area of the first flow channel 4 at least four times as large as the cross-sectional area of the third flow channel 6 ,

Gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels ist es zusätzlich oder alternativ auch zweckmäßig, wenn das Verhältnis des hydraulischen Durchmessers des zweiten Strömungskanals zum hydraulischen Durchmesser des vierten Strömungskanals zumindest 1,2 beträgt. Dabei weisen jegliche der Strömungskanäle grundsätzlich einen hydraulischen Durchmesser auf, welcher ein Maß ist für den Durchmesser eines vergleichbaren Rundrohrs. Entsprechend ist der hydraulische Durchmesser der beiden Strömungskanäle des zweiten Strömungskanals und des vierten Strömungskanals auf der Kältemittelseite im Verhältnis von mindestens 1,2, vorzugsweise auch im Verhältnis von mindestens 1,5 oder von mindestens 2,0.According to a further embodiment, it is additionally or alternatively also expedient if the ratio of the hydraulic diameter of the second flow channel to the hydraulic diameter of the fourth flow channel is at least 1.2. In this case, each of the flow channels basically have a hydraulic diameter, which is a measure of the diameter of a comparable round tube. Accordingly, the hydraulic diameter of the two flow channels of the second flow channel and the fourth flow channel on the refrigerant side in the ratio of at least 1.2, preferably also in the ratio of at least 1.5 or at least 2.0.

Der in 1 gezeigte Wärmeübertrager ist vorteilhaft derart ausgebildet, dass einer von dem ersten Wärmeübertragungsbereich 2 oder dem zweiten Wärmeübertragungsbereich 3 ein Kondensator ist und der andere von dem ersten Wärmeübertragungsbereich oder dem zweiten Wärmeübertragungsbereich ein Verdampfer ist. So kann der erste Wärmeübertragungsbereich 2 der Kondensator sein und der zweite Wärmeübertragungsbereich 3 der Verdampfer sein, oder umgekehrt. Auch können die Wärmeübertragungsbereiche auch anderweitig angeordnet sein oder andere Funktionen aufweisen.The in 1 Heat exchanger shown is advantageously designed such that one of the first heat transfer area 2 or the second heat transfer area 3 one is a condenser and the other of the first heat transfer area or the second heat transfer area is an evaporator. So can the first heat transfer area 2 be the condenser and the second heat transfer area 3 be the evaporator, or vice versa. The heat transfer areas can also be arranged otherwise or have other functions.

Die 1 zeigt, dass der erste Wärmeübertragungsbereich 2 und der zweite Wärmeübertragungsbereich 3 als Baueinheit miteinander verbunden ausgebildet sind. Alternativ können beide Wärmeübertragungsbereiche 2, 3 auch anderweitig miteinander verbunden ausgebildet sein. Vorzugsweise sind die beiden Wärmeübertragungsbereiche 2, 3 miteinander verlötet ausgebildet.The 1 shows that the first heat transfer area 2 and the second heat transfer area 3 formed as a unit connected to each other. Alternatively, both heat transfer areas 2 . 3 be formed otherwise connected to each other. Preferably, the two heat transfer areas 2 . 3 formed soldered together.

Gemäß 2 ist der erste Wärmeübertragungsbereich 11 und der zweite Wärmeübertragungsbereich 12 jeweils als Stapelscheibenwärmeübertrager ausgebildet, wobei die beiden Wärmeübertragungsbereiche 11, 12 gemeinsam als ein gemeinsamer Stapelscheibenwärmeübertrager ausgebildet sind. Dabei sind die Stapel 13, 14 der Stapelscheiben 15 der beiden Wärmeübertragungsbereiche 11, 12 aufeinander gestapelt. In 2 ist schematisch gezeigt, dass die Ein- und Auslässe der Strömungskanäle der beiden Wärmeübertragungsbereiche sich gegenüber liegen. Alternativ können die Ein- und/oder Auslässe der jeweiligen Strömungskanäle auch nur auf einer Seite des Wärmeübertragerblocks angeordnet sein.According to 2 is the first heat transfer area 11 and the second heat transfer area 12 each formed as a stacked disk heat exchanger, wherein the two heat transfer areas 11 . 12 are formed together as a common stacked plate heat exchanger. Here are the stacks 13 . 14 the stacking disks 15 the two heat transfer areas 11 . 12 stacked on top of each other. In 2 is shown schematically that the inlets and outlets of the flow channels of the two heat transfer areas are opposite each other. Alternatively, the inlets and / or outlets of the respective flow channels can also be arranged only on one side of the heat exchanger block.

Bei der Ausbildung eines Stapelscheibenwärmeübertragers ist es gemäß 2 vorteilhaft, wenn der Stapelscheibenwärmeübertrager des ersten Wärmeübertragungsbereichs 11 und der Stapelscheibenwärmeübertrager des zweiten Wärmeübertragungsbereichs 12 jeweils aus aufeinander gestapelten Wärmeübertragerscheiben 15 ausgebildet ist, und der Abstand a der Wärmeübertragerscheiben 15 im ersten Wärmeübertragungsbereich 11 gleich oder unterschiedlich zum Abstand b der Wärmeübertragerscheiben 15 im zweiten Wärmeübertragungsbereich 12 ist.In the formation of a Stapelscheibenwärmeübertragers it is according to 2 advantageous when the stacked plate heat exchanger of the first heat transfer area 11 and the stacked plate heat exchanger of the second heat transfer area 12 each from stacked heat exchanger discs 15 is formed, and the distance a of the heat exchanger discs 15 in the first heat transfer area 11 the same or different to the distance b of the heat exchanger discs 15 in the second heat transfer area 12 is.

Dabei kann gemäß 2 der Stapelscheibenwärmeübertrager des ersten Wärmeübertragungsbereichs 11 aus aufeinander gestapelten Wärmeübertragerscheiben 15 ausgebildet sein, wobei der Abstand der Wärmeübertragerscheiben 15 zur Ausbildung des ersten Strömungskanals 16 einen ersten Abstand a' aufweisen und zur Ausbildung des zweiten Strömungskanals 17 einen zweiten Abstand a'' aufweisen, wobei der erste Abstand a' gleich oder ungleich dem zweiten Abstand a'' ist.It can according to 2 the stacked plate heat exchanger of the first heat transfer area 11 from stacked heat exchanger discs 15 be formed, wherein the distance of the heat exchanger discs 15 for the formation of the first flow channel 16 a first distance a 'and to form the second flow channel 17 a second distance a ", wherein the first distance a 'is equal to or different from the second distance a".

Dabei wird der Begriff der Wärmeübertragerscheibe alternativ zum Begriff der Stapelscheibe verwendet. So können Wärmeübertragerscheiben grundsätzlich als Stapelscheiben verwendet werden. Bei Stapelscheiben können die Ränder der Stapelscheibe grundsätzlich nur in eine Richtung angeordnet sein, wobei alternativ auch andere abwechselnde Richtungen der Ausrichtung der Ränder der Wärmeübertragerscheiben vorgesehen sein können. Auch sind Wärmeübertragerscheiben ohne hoch gestellten Rand vorsehbar.The term of the heat exchanger disk is used alternatively to the term of the stacking disk. So heat exchanger discs can be used basically as stacking discs. In the case of stacking disks, the edges of the stacking disk can in principle only be arranged in one direction, although alternatively other alternating directions of orientation of the edges of the heat exchanger disks can also be provided. Also heat exchanger discs without high edge are providable.

Entsprechend kann der Stapelscheibenwärmeübertrager des zweiten Wärmeübertragungsbereichs 12 auch aus aufeinander gestapelten Wärmeübertragerscheiben 15 ausgebildet sein, wobei der Abstand der Wärmeübertragerscheiben 15 zur Ausbildung des dritten Strömungskanals 18 einen dritten Abstand b aufweist und zur Ausbildung des vierten Strömungskanals 19 einen vierten Abstand b'' aufweist, wobei der dritte Abstand b' gleich oder ungleich dem vierten Abstand b'' ist.Accordingly, the stacked plate heat exchanger of the second heat transfer area 12 also from stacked heat exchanger discs 15 be formed, wherein the distance of the heat exchanger discs 15 for the formation of the third flow channel 18 has a third distance b and to form the fourth flow channel 19 a fourth distance b '', wherein the third distance b 'is equal to or different from the fourth distance b''.

Bei vorteilhaften Ausführungsbeispielen können die jeweiligen Abstände a, b, a', a'', b' und/oder b'' an die jeweiligen Betriebsverhältnisse der durchströmenden Fluide angepasst werden. Auch können der erste Abstand a', der zweite Abstand a'', der dritte Abstand b' und der vierte Abstand b'' gleich sein.In advantageous embodiments, the respective distances a, b, a ', a ", b' and / or b" can be adapted to the respective operating conditions of the fluids flowing through. Also, the first distance a ', the second distance a' ', the third distance b' and the fourth distance b '' may be the same.

Gemäß der 3 kann zwischen die beiden Wärmeübertragungsbereiche 20, 21 oder alternativ auch seitlich an einem der Wärmeübertragungsbereiche auch ein innerer Wärmeübertrager 22 angeordnet sein. Dieser umfasst zumindest zwei Strömungskanäle 23, 24, durch welche zwei Fluide zum Wärmeübergang durchströmen können. Der innerer Wärmeübertrager 22 ist in den Stapelscheibenwärmeübertrager integriert oder alternativ mit ihm verbunden oder an ihn angeschlossen. Der innere Wärmeübertrager weist dabei eine Hochdruckseite mit den zumindest zwei Strömungskanälen und eine Niederdruckseite mit den zumindest zwei Strömungskanälen auf, wobei die Querschnittsfläche der zumindest zwei Strömungskanäle auf der Niederdruckseite größer ist als die Querschnittsfläche der zumindest zwei Strömungskanäle auf der Hochdruckseite. Dabei ist die Querschnittsfläche die zur Durchströmung vorgesehene Querschnittsfläche für das Fluid.According to the 3 can be between the two heat transfer areas 20 . 21 or alternatively also on one side of the Heat transfer areas also an internal heat exchanger 22 be arranged. This comprises at least two flow channels 23 . 24 through which two fluids can flow to the heat transfer. The internal heat exchanger 22 is integrated into the stacked plate heat exchanger or alternatively connected to it or connected to it. The inner heat exchanger has a high pressure side with the at least two flow channels and a low pressure side with the at least two flow channels, wherein the cross sectional area of the at least two flow channels on the low pressure side is greater than the cross sectional area of the at least two flow channels on the high pressure side. In this case, the cross-sectional area is the cross-sectional area provided for the flow for the fluid.

Gemäß eines Ausführungsbeispiels der Erfindung ist der innere Wärmeübertrager 22 derart ausgebildet, dass er eine Hochdruckseite mit zumindest zwei Strömungskanälen 23, 24 und eine Niederdruckseite mit zumindest zwei Strömungskanälen 23, 24 aufweist, wobei der hydraulische Durchmesser der zumindest zwei Strömungskanäle 23, 24 auf der Niederdruckseite zumindest das 1,2-fache von dem hydraulischen Durchmesser der zumindest zwei Strömungskanäle 23, 24 auf der Hochdruckseite beträgt. Dabei ist es auch vorteilhaft, wenn der hydraulische Durchmesser der zumindest zwei Strömungskanäle 23, 24 auf der Niederdruckseite zumindest das 1,5-fache von dem hydraulischen Durchmesser der zumindest zwei Strömungskanäle 23, 24 auf der Hochdruckseite beträgt.According to one embodiment of the invention, the internal heat exchanger 22 designed such that it has a high-pressure side with at least two flow channels 23 . 24 and a low pressure side having at least two flow channels 23 . 24 wherein the hydraulic diameter of the at least two flow channels 23 . 24 on the low pressure side, at least 1.2 times the hydraulic diameter of the at least two flow channels 23 . 24 on the high pressure side is. It is also advantageous if the hydraulic diameter of the at least two flow channels 23 . 24 on the low pressure side at least 1.5 times the hydraulic diameter of the at least two flow channels 23 . 24 on the high pressure side is.

Die Strömungskanäle 23, 24 können dabei im Wesentlichen geradlinig ausgebildet sein. Alternativ oder zusätzlich kann der innere Wärmeübertrager auf der Hochdruckseite auch Umlenkungen zumindest eines der Strömungskanäle oder beider Strömungskanäle aufweisen.The flow channels 23 . 24 can be formed substantially straight. Alternatively or additionally, the inner heat exchanger on the high-pressure side may also have deflections of at least one of the flow channels or both flow channels.

Die 4 zeigt eine weitere schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Wärmeübertragers 30 mit einem ersten Wärmeübertragungsbereich 31 und mit einem zweiten Wärmeübertragungsbereich 32. Zwischen den beiden Wärmeübertragungsbereichen 31, 32 oder seitlich an einem der Wärmeübertragungsbereiche 31, 32 ist ein Sammler 33 des Kondensators angeordnet. Dieser Sammler ist als Volumenbereich definiert, in welchem ein Kältemittel gespeichert werden kann, wobei in dem Sammler auch ein Filtermittel und/oder ein Trocknermittel angeordnet werden kann, welches das Kältemittel bei der Durchströmung durch den Sammler filtern und/oder trocknen kann. Dabei ist der Sammler 33 an die Strömungskanäle 34, 35 angeschlossen, welche zur Durchströmung des Kältemittels dienen. Bevorzugt ist der Sammler dem Kondensator im Strömungsweg nachgeordnet oder in diesen zwischengeschaltet. Bevorzugt ist der Sammler 33 im Strömungsweg zwischen einem Kondensationsabschnitt und einem Unterkühlungsabschnitt des Kondensators im Fluidstrom angeordnet.The 4 shows a further schematic representation of a heat exchanger according to the invention 30 with a first heat transfer area 31 and with a second heat transfer area 32 , Between the two heat transfer areas 31 . 32 or laterally on one of the heat transfer areas 31 . 32 is a collector 33 arranged of the capacitor. This collector is defined as a volume range in which a refrigerant can be stored, wherein in the collector and a filter means and / or a dryer can be arranged, which can filter and / or dry the refrigerant in the flow through the collector. This is the collector 33 to the flow channels 34 . 35 connected, which serve to flow through the refrigerant. Preferably, the collector downstream of the condenser in the flow path or interposed in this. The collector is preferred 33 arranged in the flow path between a condensation section and a subcooling section of the condenser in the fluid flow.

Der Sammler als Kältemittelsammler ist in den Stapelscheibenwärmeübertrager integriert oder an den Stapelscheibenwärmeübertrager angeschlossen.The collector as a refrigerant collector is integrated in the stacked plate heat exchanger or connected to the stacked plate heat exchanger.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

US 2012/0222846 A1 [0004]
EP 2174810 B1 [0005]

Claims

Heat exchanger ( 1 ) with a first heat transfer area ( 2 ) and with a second heat transfer area ( 2 ), wherein in the first heat transfer area ( 2 ) a first flow channel ( 4 ) to flow through a first coolant and a second flow channel ( 5 ) is provided for the flow of a refrigerant for heat transfer between the first coolant and the refrigerant, wherein in the second heat transfer region ( 3 ) a third flow channel ( 6 ) to flow through a second coolant and a fourth flow channel ( 7 ) is provided for the flow of the refrigerant for heat transfer between the second coolant and the refrigerant, characterized in that the cross-sectional area of the first flow channel ( 4 ) is at least twice as large as the cross-sectional area of the third flow channel ( 6 ).

Heat exchanger ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the cross-sectional area of the first flow channel ( 4 ) is at least four times as large as the cross-sectional area of the third flow channel ( 6 ).

Heat exchanger ( 1 ) with a first heat transfer area ( 2 ) and with a second heat transfer area ( 3 ), wherein in the first heat transfer area ( 2 ) a first flow channel ( 4 ) to flow through a first coolant and a second flow channel ( 5 ) is provided for the flow of a refrigerant for heat transfer between the first coolant and the refrigerant, wherein in the second heat transfer region ( 3 ) a third flow channel ( 6 ) to flow through a second coolant and a fourth flow channel ( 7 ) is provided for the flow of the refrigerant for heat transfer between the second coolant and the refrigerant, characterized in that the ratio of the hydraulic diameter of the second flow channel ( 5 ) to the hydraulic diameter of the fourth flow channel ( 7 ) is at least 1.2.

Heat exchanger ( 1 ) according to claim 3, characterized in that the ratio of the hydraulic diameter of the second flow channel ( 5 ) to the hydraulic diameter of the fourth flow channel ( 7 ) is at least 1.5.

Heat exchanger ( 1 ) according to claim 3, characterized in that the ratio of the hydraulic diameter of the second flow channel ( 5 ) to the hydraulic diameter of the fourth flow channel ( 7 ) is at least 2.0.

Heat exchanger ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that one of the first heat transfer area ( 2 ) or the second heat transfer area ( 2 ) is a capacitor and the other of the first heat transfer area ( 2 ) or the second heat transfer area ( 3 ) is an evaporator.

Heat exchanger ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the first heat transfer area ( 2 ) and the second heat transfer area ( 3 ) are formed as a unit connected to each other.

Heat exchanger ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the first heat transfer area ( 2 ) and the second heat transfer area ( 3 ) are each designed as a stacked plate heat exchanger, in particular as jointly formed as a common stacked plate heat exchanger.

Heat exchanger ( 1 ) according to claim 8, characterized in that the stacked disk heat exchanger of the first heat transfer area ( 2 ) and the stacked plate heat exchanger of the second heat transfer area ( 3 ) each of stacked heat exchanger discs ( 15 ) are formed, wherein the distance of the heat exchanger discs ( 15 ) in the first heat transfer area ( 2 ) equal or different to the distance of the heat exchanger discs ( 15 ) in the second heat transfer area ( 3 ).

Heat exchanger ( 1 ) according to claim 8 or 9, characterized in that the stacked disk heat exchanger of the first heat transfer region ( 2 ) of stacked heat exchanger discs ( 15 ), wherein the distance of the heat exchanger discs ( 15 ) for the formation of the first flow channel ( 4 ) has a first distance and for forming the second flow channel ( 5 ) has a second distance, wherein the first distance is equal to or different from the second distance.

Heat exchanger ( 1 ) according to claim 8, 9 or 10, characterized in that the stacked disk heat exchanger of the second heat transfer region ( 3 ) of stacked heat exchanger discs ( 15 ), wherein the distance of the heat exchanger discs ( 15 ) for the formation of the third flow channel ( 6 ) has a third distance and to form the fourth flow channel ( 7 ) has a fourth distance, wherein the third distance is equal to or different from the fourth distance.

Heat exchanger ( 1 ) according to claim 11, characterized in that the first distance, the second distance, the third distance and the fourth distance are equal.

Heat exchanger ( 1 ) according to one of the preceding claims 8 to 12, characterized in that a refrigerant collector ( 33 ) is provided which is integrated in the stacked plate heat exchanger or connected to the stacked plate heat exchanger.

Heat exchanger ( 1 ) according to one of the preceding claims 8 to 13, characterized in that an internal heat exchanger ( 22 ) is provided which is integrated in the stacked plate heat exchanger or connected to the stacked plate heat exchanger.

Heat exchanger ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the internal heat exchanger ( 22 ) has a high-pressure side with at least two flow channels and a low-pressure side with at least two flow channels, wherein the cross-sectional area of the at least two flow channels on the low-pressure side is greater than the cross-sectional area of the at least two flow channels on the high-pressure side.

Heat exchanger ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the internal heat exchanger ( 22 ) has a high pressure side with at least two flow channels and a low pressure side with at least two flow channels, wherein the hydraulic diameter of the at least two flow channels on the low pressure side is at least 1.2 times the hydraulic diameter of the at least two flow channels on the high pressure side.

Heat exchanger ( 1 ) according to claim 16, characterized in that the hydraulic diameter of the at least two flow channels on the low pressure side is at least 1.5 times the hydraulic diameter of the at least two flow channels on the high pressure side.

Heat exchanger ( 1 ) according to one of the preceding claims 14 to 17, characterized in that the inner heat exchanger on the high pressure side has deflections at least one of the flow channels or both flow channels.

Heat exchanger ( 1 ) according to one of the preceding claims 6 to 18, characterized in that the heat exchanger region of the condenser has deflections in a flow channel for refrigerant.

Heat exchanger ( 1 ) according to one of the preceding claims 6 to 18, characterized in that the heat exchanger region of the evaporator has deflections in a flow channel for coolant.