DE102020134599A1 - Wärmetauscher, Wärmetauschernetzwerk und Wärmetauschverfahren - Google Patents

Wärmetauscher, Wärmetauschernetzwerk und Wärmetauschverfahren Download PDF

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Abstract

Diese Offenbarung betrifft einen Wärmetauscher, umfassend: einen ersten Kältemittelnetzwerkabschnitt, durch welchen ein erstes Kältemittel fließt, wobei der erste Kältemittelnetzwerkabschnitt einen ersten Wärmetauschereinflussabschnitt und einen ersten Wärmetauscherausflussabschnitt aufweist; einen zweiten Kältemittelnetzwerkabschnitt, durch welchen ein zweites Kältemittel fließt, wobei der zweite Kältemittelnetzwerkabschnitt einen zweiten Wärmetauschereinflussabschnitt und einen zweiten Wärmetauscherausflussabschnitt aufweist, wobei der Wärmetauscher ausgelegt ist, in einem Wärmetauschabschnitt Wärmeenergie zwischen dem ersten Kältemittelnetzwerkabschnitt und dem zweiten Kältemittelnetzwerkabschnitt zu übertragen; und mindestens einen externen Wärmeübertrager, wobei jeder externe Wärmeübertrager zumindest teilweise thermisch mit dem ersten Wärmetauschereinflussabschnitt oder dem ersten Wärmetauscherausflussabschnitt gekoppelt ist, wobei jeder externe Wärmeübertrager ferner zumindest teilweise thermisch mit dem zweiten Wärmetauschereinflussabschnitt oder dem zweiten Wärmetauscherausflussabschnitt gekoppelt ist, wobei jeder externe Wärmeübertrager ausgebildet ist, Wärmeenergie zwischen dem ersten Kältemittelnetzwerkabschnitt und dem zweiten Kältemittelnetzwerkabschnitt zu übertragen. Diese Offenbarung betrifft ferner Wärmetauschernetzwerke und Wärmetauschverfahren.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, ein Wärmetauschernetzwerk und ein Wärmetauschverfahren.
  • Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Heiz- bzw. Kühltechnologien, insbesondere auf dem Gebiet der Wärmepumpen und/oder der Kältemaschinen. Kompressionswärmepumpen sind weit verbreitete Heizsysteme, die im Zuge der Energiewende stetig an Bedeutung gewinnen. Die Energiewende und die weitgehende Dekarbonisierung der Wirtschaft wird von der Gesellschaft mehr denn je angesichts der spürbaren Klimaveränderung gefordert. Über die Hälfte des endgültigen Energiebedarfs in Deutschland, in einigen Sektoren sogar über 75%, wird für Raumheizung und/oder heißes Wasser und/oder Prozesswärme verwendet. Ein Erfolg einer Energiesystemtransformation hängt somit auch von einer „Wärme-Revolution“ ab. Um in diesem Sektor eine Steigerung der Effizienz zu bewirken, wurden vermehrt Wärmepumpen zur zusätzlichen Benutzung von Umweltwärme oder Wärmerückgewinnung genutzt.
  • Im globalen Kampf gegen den Klimawandel werden Kältemittel mit hohem Erderwärmungspotential (global warming potential - GWP) durch alternative niedrig-GWP Kältemittel ersetzt. Allerdings kann dies oft zu Effizienzverlusten aufgrund deren thermodynamischen Eigenschaften führen. Um dies zu kompensieren, werden Verbesserungen der Kompressionszyklen untersucht. Beispielsweise kann ein Ejector zur Reduktion des Druckunterschieds des Kompressors verwendet werden, womit der Stromverbrauch des Kompressors reduziert und somit die Effizienz erhöht werden kann.
  • Eine weitere Möglichkeit der Effizienzsteigerung einer Kompressionswärmepumpe oder einer Kompressionskältemaschine ist die Verwendung eines energieeffizienten Kompressors. Ein weiterer Designansatz zur Kompressionseffizienzsteigerung ist die Verwendung einer mehrstufigen Kompression. Durch Zwischenkühlen kann sich einer isentropischen Kompression angenähert werden, wodurch die Kompressionseffizienz erhöht wird.
  • Eine Steigerung der verwendbaren Differenz der Verdampfungsenthalpie Δhevap am Verdampfer kann eine weitere Möglichkeit zur Effizienzsteigerung einer Kompressionswärmepumpe oder einer Kompressionskältemaschine sein. Ein typisches Beispiel hierfür ist die Verwendung eines internen Kältemittelwärmeübertragers (KMWÜ), wobei das Kältemittel bei hohem Druck durch Überhitzen des Kältemittels nach dem Verdampfer bei niedrigem Druck unterkühlt wird. Allerdings steigt durch Überhitzen des Kältemittels bei niedrigem Druck die Kompressoreinflusstemperatur bzw. Sauggastemperatur und somit die Kompressorausflusstemperatur bzw. Heißgastemperatur.
  • Anstelle eines KMWÜ zum Unterkühlen des Kältemittels nach dem Kondensator kann auch ein zusätzlicher Dampfkompressionskreislauf verwendet werden, was als mechanisches Unterkühlen benannt ist. Hiermit kann das Kältemittel bei hohem Druck ohne Überhitzen des Kältemitteldampfes unterkühlt werden. Hierdurch kann eine Kälteleistung Q̇̇Verd und Leistungszahl einer Kältemaschine EER verbessert werden. Die externe Wärmeabgabe des Kondensators des sekundären Unterkühlungskreislaufs sowie die Wärmeabgabe des Kondensators des Hauptkreislaufs erfolgt in Parallelschaltung.
  • Zur Erläuterung eines herkömmlichen Kompressionskältemaschinen- bzw. - wärmepumpenverfahrens wird auf 1 verwiesen, welche ein solches konventionelles Verfahren bzw. einen solchen konventionellen Aufbau darstellt. Das Kältemittel tritt als Kältemitteldampf bei niedrigem Druck und niedriger Temperatur aus dem Verdampfer K1 aus. Dieses wird typischer Weise in einem inneren Wärmeübertrager K2, dem Kältemittelwärmeübertrager (KMWÜ), überhitzt. Der überhitzte Dampf wird durch einen Kompressor K3 auf das hohe Druckniveau des Kreisprozesses verdichtet. Auf dem hohen Druckniveau findet die Kondensation des Kältemittels bei hoher Temperatur statt. In einem Wärmepumpenprozess wird diese abgeführte Wärme am Kondensator K4 zur Beheizung eines Gebäudes verwendet. Je höher die benötigte Temperatur des externen Heizkreises ist, desto höher muss auch der in der Wärmepumpe vorherrschende Hochdruck sein. Nach Austritt des Kältemittels aus dem Kondensator K4 liegt das Kältemittel im flüssigen Aggregatszustand bei hohem Druck vor. Zur inneren Wärmerückgewinnung wird typischerweise das flüssige Kältemittel im KMWÜ K2 unterkühlt. Für diese Unterkühlung wird der Dampf nach dem Verdampfer K1 verwendet. Das unterkühlte Kältemittel wird anschließend in einem Expansionsventil K5 auf das niedrige Druckniveau entspannt. Mit dem Druck sinkt auch die Siedetemperatur des Kältemittels ab. Das Kältemittel liegt in diesem Punkt entweder als Flüssigkeit oder als zweiphasige Strömung bei niedrigem Druck und niedriger Temperatur vor. Durch eine äußere Wärmezufuhr am Verdampfer K1 wird das Kältemittel verdampft, wodurch der Kreisprozess geschlossen wird. Im Fall einer Kältemaschine ist die zugeführte Wärme am Verdampfer K1 der nutzbare Kälteleistung Q̇Verd.
  • Der im Kondensator abgegebene Wärmestrom ist in der Regel größer, als die im Kompressor zugeführte elektrische Leistung. Das Verhältnis der abgegebenen Wärmeleistung zur zugeführten elektrischen Leistung wird als Leistungszahl (COP) bezeichnet. Je höher die Temperaturdifferenz zwischen den Temperaturniveaus der Wärmezufuhr im Verdampfer und der Wärmeabgabe im Kondensator ist, desto geringer ist die Leistungszahl (COP). Die Temperatur, auf der das Kältemittel im Kondensator kondensiert wird, ist durch den maximal zulässigen Hochdruck der Wärmepumpe oder Kältemaschine begrenzt. Üblicherweise ist in Kompressionswärmepumpen ferner eine zusätzliche elektrische Nachheizung verbaut, welche Strom direkt zu Wärme wandelt. Diese Beheizung wird eingesetzt, wenn durch die Wärmepumpe das nötige Temperaturniveau oder Wärmeleistung nicht erreicht werden kann. In diesem Fall sinkt die Leistungszahl des Gesamtsystems erheblich.
  • Es ist somit insbesondere eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Wärmetauscher zur Erhöhung der erhöhter Effizienz und Leistungszahl bereitzustellen.
  • Diese Aufgabe wird insbesondere durch einen Wärmetauscher, ein Wärmetauschernetzwerk und ein Wärmetauschverfahren gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen bilden den Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Ein Aspekt betrifft einen Wärmetauscher. Der Wärmetauscher umfasst insbesondere einen ersten Kältemittelnetzwerkabschnitt, durch welchen ein erstes Kältemittel fließt, wobei der erste Kältemittelnetzwerkabschnitt einen ersten Wärmetauschereinflussabschnitt und einen ersten Wärmetauscherausflussabschnitt aufweist. Der Wärmetauscher umfasst insbesondere einen zweiten Kältemittelnetzwerkabschnitt, durch welchen ein zweites Kältemittel fließt, wobei der zweite Kältemittelnetzwerkabschnitt einen zweiten Wärmetauschereinflussabschnitt und einen zweiten Wärmetauscherausflussabschnitt aufweist. Der Wärmetauscher ist insbesondere ausgelegt, in einem Wärmetauschabschnitt Wärmeenergie zwischen dem ersten Kältemittelnetzwerkabschnitt und dem zweiten Kältemittelnetzwerkabschnitt zu übertragen. Der Wärmetauscher kann insbesondere mindestens einen externen Wärmeübertrager umfassen, wobei jeder externe Wärmeübertrager zumindest teilweise thermisch mit dem ersten Wärmetauschereinflussabschnitt oder dem ersten Wärmetauscherausflussabschnitt gekoppelt ist, wobei jeder externe Wärmeübertrager ferner zumindest teilweise thermisch mit dem zweiten Wärmetauschereinflussabschnitt oder dem zweiten Wärmetauscherausflussabschnitt gekoppelt ist. Insbesondere ist jeder externe Wärmeübertrager ausgebildet, Wärmeenergie zwischen dem ersten Kältemittelnetzwerkabschnitt und dem zweiten Kältemittelnetzwerkabschnitt zu übertragen.
  • Der erste Kältemittelnetzwerkabschnitt kann insbesondere ein Teil eines geschlossenen Kältemittelnetzwerks sein. Mit anderen Worten kann der erste Wärmetauschereinflussabschnitt, direkt oder indirekt, mit dem ersten Wärmetauscherausflussabschnitt verbunden sein, so dass das erste Kältemittel innerhalb des geschlossenen Kältemittelnetzwerks, bevorzugt ohne Kältemittelverlust, zirkulieren kann. Alternativ kann der erste Kältemittelnetzwerkabschnitt insbesondere ein Teil eines offenen Kältemittelnetzwerks sein. Mit anderen Worten muss der erste Wärmetauschereinflussabschnitt nicht direkt oder indirekt mit dem ersten Wärmetauscherausflussabschnitt verbunden sein. Ferner ist das erste Kältemittel nicht auf ein besonderes Kältemittel beschränkt, sondern kann ein beliebiges Kältemittel, beispielsweise ein flüssiges und/oder gasförmiges Kältemittel sein.
  • Der zweite Kältemittelnetzwerkabschnitt kann insbesondere ein Teil eines geschlossenen Kältemittelnetzwerks sein. Mit anderen Worten kann der zweite Wärmetauschereinflussabschnitt, direkt oder indirekt, mit dem zweiten Wärmetauscherausflussabschnitt verbunden sein, so dass das zweite Kältemittel innerhalb des geschlossenen Kältemittelnetzwerks, bevorzugt ohne Kältemittelverlust, zirkulieren kann. Alternativ kann der zweite Kältemittelnetzwerkabschnitt insbesondere ein Teil eines offenen Kältemittelnetzwerks sein. Mit anderen Worten muss der zweite Wärmetauschereinflussabschnitt nicht direkt oder indirekt mit dem zweiten Wärmetauscherausflussabschnitt verbunden sein. Ferner ist das zweite Kältemittel nicht auf ein besonderes Kältemittel beschränkt, sondern kann ein beliebiges Kältemittel, beispielsweise ein flüssiges und/oder gasförmiges Kältemittel sein.
  • Der Wärmetauscher ist insbesondere ausgelegt, in einem Wärmetauschabschnitt Wärmeenergie zwischen dem ersten Kältemittelnetzwerkabschnitt und dem zweiten Kältemittelnetzwerkabschnitt zu übertragen. Der Wärmetauschabschnitt kann insbesondere ein physischer Abschnitt des Wärmetauschers sein, in welchem der erste Kältemittelnetzwerkabschnitt thermisch mit dem zweiten Kältemittelnetzwerkabschnitt gekoppelt ist, so dass Wärmeenergie zwischen dem ersten Kältemittelnetzwerkabschnitt bzw. dem ersten Kältemittel und dem zweiten Kältemittelnetzwerkabschnitt bzw. dem zweiten Kältemittel übertragbar ist. Der Wärmetauscher kann insbesondere als Kondensator und/oder Verdampfer ausgebildet sein.
  • Der mindestens eine externe Wärmeübertrager kann insbesondere ein beliebiges zur Übertragung von Wärmeenergie geeignetes thermisches Element sein. Der mindestens eine externe Wärmeübertrager kann hierbei insbesondere an dem ersten Wärmetauschereinflussabschnitt oder dem ersten Wärmetauscherausflussabschnitt angeordnet sein. Der mindestens eine externe Wärmeübertrager kann hierbei insbesondere in dem ersten Wärmetauschereinflussabschnitt oder dem ersten Wärmetauscherausflussabschnitt angeordnet sein. Insbesondere kann der mindestens eine externe Wärmeübertrager ausgebildet sein, so dass das erste Kältemittel den mindestens einen externen Wärmeübertrager zumindest teilweise durchfließt bzw. durchströmt. Mit anderen Worten kann der mindestens eine externe Wärmeübertrager zumindest teilweise in dem ersten Kältemittelnetzwerk angeordnet sein und/oder kann zumindest teilweise ein Bestandteil des ersten Kältemittelnetzwerks sein.
  • Der mindestens eine externe Wärmeübertrager kann hierbei insbesondere an dem zweiten Wärmetauschereinflussabschnitt oder dem zweiten Wärmetauscherausflussabschnitt angeordnet sein. Der mindestens eine externe Wärmeübertrager kann hierbei insbesondere in dem zweiten Wärmetauschereinflussabschnitt oder dem zweiten Wärmetauscherausflussabschnitt angeordnet sein. Insbesondere kann der mindestens eine externe Wärmeübertrager ausgebildet sein, so dass das zweite Kältemittel den mindestens einen externen Wärmeübertrager zumindest teilweise durchfließt bzw. durchströmt. Mit anderen Worten kann der mindestens eine externe Wärmeübertrager zumindest teilweise in dem zweiten Kältemittelnetzwerk angeordnet sein und/oder kann zumindest teilweise ein Bestandteil des zweiten Kältemittelnetzwerks sein.
  • Der mindestens eine externe Wärmeübertrager kann insbesondere zumindest teilweise thermisch mit dem ersten Wärmetauschereinflussabschnitt oder dem ersten Wärmetauscherausflussabschnitt und ferner zumindest teilweise thermisch mit dem zweiten Wärmetauschereinflussabschnitt oder dem zweiten Wärmetauscherausflussabschnitt gekoppelt sein, so dass der mindestens eine externe Wärmeübertrager den ersten Wärmetauschereinflussabschnitt oder den ersten Wärmetauscherausflussabschnitt mit dem zweiten Wärmetauschereinflussabschnitt oder dem zweiten Wärmetauscherausflussabschnitt zumindest teilweise thermisch direkt oder indirekt koppelt. Mit anderen Worten kann der mindestens eine externe Wärmeübertrager ausgebildet sein, eine Übertragung von Wärmeenergie zwischen dem ersten Wärmetauschereinflussabschnitt oder dem ersten Wärmetauscherausflussabschnitt und dem zweiten Wärmetauschereinflussabschnitt oder dem zweiten Wärmetauscherausflussabschnitt zu ermöglichen.
  • Der mindestens eine externe Wärmeübertrager kann insbesondere als mindestens eine externe thermoelektrische Wärmepumpe ausgebildet sein.
  • Insbesondere ist es somit möglich, eine Effizienz des Wärmetauschernetzwerks signifikant zu erhöhen, wodurch beispielsweise eine Heiz- oder Kühlleistung bei gleichbleibender Wärme- bzw. Energiezufuhr verbessert und/oder beispielsweise ein Wärme- bzw. Energieverbrauch bei gleichbleibender Heiz- oder Kühlleistung reduziert werden kann. Ferner kann hiermit auch auf die Verwendung einer elektrischen Nachheizung verzichtet werden, wodurch sowohl der Energieverbrauch, sowie eine Komplexität des Wärmetauschernetzwerks reduziert werden kann. Zudem kann eine Leistung des Wärmetauschernetzwerks, beispielsweise als Wärmepumpe oder Kältemaschine, bei gleichbleibender Kältemittelfüllmenge erhöht werden. Ferner kann durch einen hierin beschriebenen Wärmetauscher eine Kältemittelfüllmenge bei gleichbleibender Heiz- oder Kälteleistung reduziert werden. Weiterhin kann in einem Wärmepumpenbetrieb eine Heizungsvorlauftemperatur erhöht werden.
  • Ferner kann bei Ausbildung des Wärmetauschers als ein Kondensator eine Leistungszahl COP im Wärmepumpenbetrieb durch Absenkung der externen Kondensatoraustrittstemperatur bei gleichbleibender Temperatur der Beheizung erhöht werden. Ferner kann bei Ausbildung des Wärmetauschers als Verdampfer eine Leistungszahl COP im Kältemaschinenbetrieb durch Erhöhung einer externen Verdampfer-Temperatur bei gleichbleibender Temperatur der Kühlung erhöht werden.
  • Der mindestens eine externe Wärmeübertrager kann insbesondere mindestens ein thermoelektrisches Element, bevorzugt mindestens ein Peltier-Element, aufweisen oder sein.
  • Ein thermoelektrisches Element kann insbesondere ein elektrothermischer Wandler sein, welcher nach dem Seebeck-Effekt bei Stromfluss eine Temperaturdifferenz erzeugt. Das Wirkprinzip des mindestens einen thermoelektrischen Elements kann dabei dem einer Wärmepumpe bzw. Kältemaschine entsprechen. Insbesondere kann dem mindestens einen thermoelektrischen Element ein Wärmestrom auf einer Seite des mindestens einen thermoelektrischen Elements mit geringerer Temperatur (nachfolgend „kalte Seite“) zugeführt werden und auf einer anderen Seite des mindestens einen thermoelektrischen Elements mit höherer Temperatur (nachfolgend „warme Seite“) wieder abgeführt werden.
  • Bei geringem Stromfluss und kleinen Temperaturdifferenzen können insbesondere hohe Leistungszahlen COP einer derartigen Wärmepumpe bzw. Kältemaschine von bis zu COP = 8 oder mehr erreicht werden. Auch für diese Art von Wärmepumpen bzw. Kältemaschinen kann der aus dem Carnot-Prozess bekannte Zusammenhang gelten, wonach mit steigender Temperaturdifferenz zwischen einer Wärmeaufnahme und einer Wärmeabgabe die Leistungszahl COP der Wärmepumpe bzw. Kältemaschine sinkt.
  • Insbesondere kann der mindestens eine externe Wärmeübertrager, welcher ein thermoelektrisches Element bzw. ein Peltier-Element umfasst, im Gegensatz zu einer elektrischen Nachheizung, z.B. einem Heizstab, auch zur Kühlung verwendet werden. Hierdurch kann der Wärmetauscher insbesondere sehr anpassungsfähig bzw. flexibel gestaltet werden. Ferner kann eine Effizienz eines Wärmepumpenprozesses oder Kältemaschinenprozesses bei hohen Temperaturhüben durch eine derartige Nutzung mindestens eines thermoelektrischen Elements, insbesondere mindestens eines Peltier-Elements, mit höherer Effizienz erhöht werden.
  • Der Wärmetauscher kann insbesondere einen Kondensator umfassen oder als ein Kondensator ausgebildet sein. Der Wärmetauscher kann hierbei beispielsweise insbesondere ausgelegt sein, Wärmeenergie von dem ersten Kältemittel an das zweite Kältemittel oder andersherum zu übertragen. Insbesondere kann der mindestens eine externe Wärmeübertrager zumindest teilweise mit dem ersten Wärmetauscherausflussabschnitt thermisch gekoppelt sein. Insbesondere kann der mindestens eine externe Wärmeübertrager ferner zumindest teilweise mit dem zweiten Wärmetauscherausflussabschnitt thermisch gekoppelt sein. Insbesondere kann der mindestens eine externe Wärmeübertrager ausgebildet sein, Wärmeenergie von dem ersten Kältemittelnetzwerkabschnitt an den zweiten Kältemittelnetzwerkabschnitt zu übertragen. Hierbei kann der mindestens eine externe Wärmeübertrager ausgebildet sein, das erste Kältemittel in dem ersten Wärmetauscherausflussabschnitt zu unterkühlen und das zweite Kältemittel in dem zweiten Wärmetauscherausflussabschnitt zu überhitzen, indem Wärmeenergie von dem ersten Kältemittel durch den mindestens einen externen Wärmeübertrager an das zweite Kältemittel übertragen wird. Insbesondere kann eine erste Temperatur des ersten Kältemittels in dem ersten Wärmetauscherausflussabschnitt vor dem mindestens einen externen Wärmeübertrager im Wesentlichen identisch zu einer zweiten Temperatur des zweiten Kältemittels in dem zweiten Wärmetauscherausflussabschnitt vor dem mindestens einen externen Wärmeübertrager sein. In anderen Worten kann sich die erste Temperatur nur geringfügig von der zweiten Temperatur unterscheiden. Insbesondere kann die erste Temperatur nur geringfügig niedriger sein als die zweite Temperatur. Aufgrund einer solchen geringen Temperaturdifferenz kann ein thermoelektrisches Element bzw. Peltier-Element des mindestens einen externen Wärmeübertragers eine hohe Leistungszahl COP erreichen. Eine elektrische Leistungsaufnahme des mindestens einen externen Wärmeübertragers kann hierdurch bei gleicher Wärmeleistung um den Faktor der Leistungszahl, beispielsweise 2 ≤ COP ≤ 5, kleiner sein als beispielsweise die eines alternativen elektrischen Heizstabs.
  • Der Wärmetauscher kann insbesondere einen Kondensator umfassen oder als ein Kondensator ausgebildet sein. Der Wärmetauscher kann hierbei beispielsweise insbesondere ausgelegt sein, Wärmeenergie von dem ersten Kältemittel an das zweite Kältemittel oder andersherum zu übertragen. Insbesondere kann der mindestens eine externe Wärmeübertrager zumindest teilweise mit dem ersten Wärmetauscherausflussabschnitt thermisch gekoppelt sein. Insbesondere kann der mindestens eine externe Wärmeübertrager ferner zumindest teilweise mit dem zweiten Wärmetauschereinflussabschnitt thermisch gekoppelt sein. Insbesondere kann der mindestens eine externe Wärmeübertrager ausgebildet sein, Wärmeenergie von dem ersten Kältemittelnetzwerkabschnitt an den zweiten Kältemittelnetzwerkabschnitt zu übertragen. Hierbei kann der mindestens eine externe Wärmeübertrager ausgebildet sein, das erste Kältemittel in dem ersten Wärmetauscherausflussabschnitt zu unterkühlen und das zweite Kältemittel in dem zweiten Wärmetauschereinflussabschnitt zu überhitzen bzw. vorzuheizen, indem Wärmeenergie von dem ersten Kältemittel durch den mindestens einen externen Wärmeübertrager an das zweite Kältemittel übertragen wird. Insbesondere kann hierdurch eine Leistungszahl des Wärmetauschernetzwerks erhöht werden.
  • Der Wärmetauscher kann insbesondere einen Verdampfer umfassen oder als ein Verdampfer ausgebildet sein. Der Wärmetauscher kann hierbei beispielsweise insbesondere ausgelegt sein, Wärmeenergie von dem zweiten Kältemittel an das erste Kältemittel oder andersherum zu übertragen. Insbesondere kann der mindestens eine externe Wärmeübertrager zumindest teilweise mit dem ersten Wärmetauscherausflussabschnitt thermisch gekoppelt sein. Insbesondere kann der mindestens eine externe Wärmeübertrager ferner zumindest teilweise mit dem zweiten Wärmetauscherausflussabschnitt thermisch gekoppelt sein. Insbesondere kann der mindestens eine externe Wärmeübertrager ausgebildet sein, Wärmeenergie von dem zweiten Kältemittelnetzwerkabschnitt an den ersten Kältemittelnetzwerkabschnitt zu übertragen. Hierbei kann der mindestens eine externe Wärmeübertrager ausgebildet sein, das zweite Kältemittel in dem zweiten Wärmetauscherausflussabschnitt zu unterkühlen und das erste Kältemittel in dem ersten Wärmetauscherausflussabschnitt zu überhitzen, indem Wärmeenergie von dem zweiten Kältemittel durch den mindestens einen externen Wärmeübertrager an das erste Kältemittel übertragen wird. Insbesondere kann hierdurch eine Leistungszahl des Wärmetauschernetzwerks erhöht werden.
  • Der Wärmetauscher kann insbesondere einen Verdampfer umfassen oder als ein Verdampfer ausgebildet sein. Der Wärmetauscher kann hierbei beispielsweise insbesondere ausgelegt sein, Wärmeenergie von dem ersten Kältemittel an das zweite Kältemittel oder andersherum zu übertragen. Insbesondere kann der mindestens eine externe Wärmeübertrager zumindest teilweise mit dem ersten Wärmetauschereinflussabschnitt thermisch gekoppelt sein, wobei zwischen dem mindestens einen externen Wärmeübertrager und dem Wärmetauschabschnitt, insbesondere entlang des ersten Kältemittelnetzwerkabschnitts, ein Drosselventil bzw. ein Expansionsventil angeordnet sein kann. Insbesondere kann der mindestens eine externe Wärmeübertrager ferner zumindest teilweise mit dem zweiten Wärmetauschereinflussabschnitt thermisch gekoppelt sein. Insbesondere kann der mindestens eine externe Wärmeübertrager ausgebildet sein, Wärmeenergie von dem ersten Kältemittelnetzwerkabschnitt an den zweiten Kältemittelnetzwerkabschnitt zu übertragen. Hierbei kann der mindestens eine externe Wärmeübertrager ausgebildet sein, das erste Kältemittel in dem ersten Wärmetauschereinflussabschnitt zu unterkühlen und das zweite Kältemittel in dem zweiten Wärmetauschereinflussabschnitt zu überhitzen, indem Wärmeenergie von dem ersten Kältemittel durch den mindestens einen externen Wärmeübertrager an das zweite Kältemittel übertragen wird. Insbesondere kann hierdurch eine Leistungszahl des Wärmetauschernetzwerks erhöht werden.
  • Insbesondere kann das Drosselventil bzw. das Expansionsventil ausgelegt sein, einen Druck des ersten Kältemittels vor dem Wärmetauschabschnitt und/oder eine Temperatur des ersten Kältemittels vor dem Wärmetauschabschnitt zu senken. Insbesondere kann bei einem solchen Wärmetauscher eine hohe Effizienz des Wärmetauschers und/oder des mindestens einen externen Wärmeübertragers ermöglicht werden.
  • Insbesondere kann der Wärmetauscher einen Kondensator umfassen oder als ein Kondensator ausgebildet sein. Der Wärmetauscher kann hierbei beispielsweise insbesondere ausgelegt sein, Wärmeenergie von dem ersten Kältemittel an das zweite Kältemittel oder andersherum zu übertragen. Insbesondere kann der erste Kältemittelnetzwerkabschnitt einen Kältemittelwärmeübertrager aufweisen, welcher zumindest teilweise mit dem ersten Wärmetauscherausflussabschnitt und zumindest teilweise mit dem ersten Wärmetauschereinflussabschnitt thermisch gekoppelt ist. Insbesondere kann der Kältemittelwärmeübertrager ausgelegt sein, Wärmeenergie von dem ersten Wärmetauscherausflussabschnitt an den ersten Wärmetauschereinflussabschnitt zu übertragen. Insbesondere kann der mindestens eine externe Wärmeübertrager zumindest teilweise mit dem ersten Wärmetauscherausflussabschnitt thermisch gekoppelt sein. Insbesondere kann der Kältemittelwärmeübertrager zumindest teilweise zwischen dem Wärmetauschabschnitt und dem mindestens einen externen Wärmeübertrager, insbesondere entlang dem ersten Wärmetauscherausflussabschnitt, angeordnet sein. Insbesondere kann der mindestens eine externe Wärmeübertrager ferner zumindest teilweise mit dem zweiten Wärmetauscherausflussabschnitt thermisch gekoppelt sein. Insbesondere kann der mindestens eine externe Wärmeübertrager ausgebildet sein, Wärmeenergie von dem ersten Kältemittelnetzwerkabschnitt an den zweiten Kältemittelnetzwerkabschnitt zu übertragen. Hierbei kann der mindestens eine externe Wärmeübertrager ausgebildet sein, das erste Kältemittel in dem ersten Wärmetauscherausflussabschnitt zu unterkühlen und das zweite Kältemittel in dem zweiten Wärmetauscherausflussabschnitt zu überhitzen, indem Wärmeenergie von dem ersten Kältemittel durch den mindestens einen externen Wärmeübertrager an das zweite Kältemittel übertragen wird. Insbesondere kann hierdurch eine Leistungszahl des Wärmetauschernetzwerks erhöht werden. Insbesondere kann der mindestens eine externe Wärmeübertrager, insbesondere entlang des ersten Wärmetauscherausflussabschnitts, zwischen einem Drosselventil bzw. einem Expansionsventil und dem Kältemittelwärmeübertrager angeordnet sein.
  • Insbesondere kann an bzw. in dem ersten Wärmetauschereinflussabschnitt ein Kompressor angeordnet sein. Insbesondere kann der Kompressor ausgelegt sein, einen Druck des ersten Kältemittels vor dem Wärmetauschabschnitt zu erhöhen.
  • Der Wärmetauscher kann insbesondere einen Verdampfer umfassen oder als ein Verdampfer ausgebildet sein. Der Wärmetauscher kann hierbei beispielsweise insbesondere ausgelegt sein, Wärmeenergie von dem zweiten Kältemittel an das erste Kältemittel oder andersherum zu übertragen. Insbesondere kann der mindestens eine externe Wärmeübertrager zumindest teilweise mit dem ersten Wärmetauscherausflussabschnitt thermisch gekoppelt sein. Insbesondere kann der mindestens eine externe Wärmeübertrager ferner zumindest teilweise mit dem zweiten Wärmetauschereinflussabschnitt thermisch gekoppelt sein. Insbesondere kann der mindestens eine externe Wärmeübertrager ausgebildet sein, Wärmeenergie von dem zweiten Kältemittelnetzwerkabschnitt an den ersten Kältemittelnetzwerkabschnitt zu übertragen. Hierbei kann der mindestens eine externe Wärmeübertrager ausgebildet sein, das zweite Kältemittel in dem zweiten Wärmetauschereinflussabschnitt zu unterkühlen und das erste Kältemittel in dem ersten Wärmetauschereinflussabschnitt zu überhitzen, indem Wärmeenergie von dem zweiten Kältemittel durch den mindestens einen externen Wärmeübertrager an das erste Kältemittel übertragen wird. Insbesondere kann hierdurch eine Leistungszahl des Wärmetauschers erhöht werden.
  • Insbesondere kann der mindestens eine externe Wärmeübertrager mindestens einen ersten Strömungsabschnitt, durch welchen das erste Kältemittel fließt, umfassen. Insbesondere kann der mindestens eine erste Strömungsabschnitt zumindest teilweise an den ersten Kältemittelnetzwerkabschnitt bzw. an den ersten Wärmetauschereinflussabschnitt und/oder den ersten Wärmetauscherausflussabschnitt angeschlossen sein. Ferner kann der mindestens eine externe Wärmeübertrager mindestens einen zweiten Strömungsabschnitt, durch welchen das zweite Kältemittel fließt, umfassen. Insbesondere kann der mindestens eine zweite Strömungsabschnitt zumindest teilweise an den zweiten Kältemittelnetzwerkabschnitt bzw. an den zweiten Wärmetauschereinflussabschnitt und/oder den zweiten Wärmetauscherausflussabschnitt angeschlossen sein. Der mindestens eine externe Wärmeübertrager kann ferner mindestens eine Tauscheinheit umfassen, welche ausgelegt ist, Wärmeenergie von einem oder mehr ersten Strömungsabschnitten an einen oder mehr zweite Strömungsabschnitte oder umgekehrt zu übertragen, wobei die mindestens eine Tauscheinheit mindestens ein thermoelektrisches Element umfasst. Hierdurch kann insbesondere eine effiziente Operation des mindestens einen externen Wärmeübertragers ermöglicht werden.
  • Insbesondere kann jede Tauscheinheit mindestens zwei in Reihe geschaltete thermoelektrische Elemente, vorzugsweise mindestens zwei in Reihe geschaltete Peltier-Elemente, aufweisen. Durch das Anlegen einer Spannung an ein oder mehr thermoelektrische Element kann eine Temperaturdifferenz durch das jeweilige thermoelektrische Element bzw. Peltier-Element erzeugt werden. Typischerweise werden Peltier-Elemente so gebaut, dass der Wärmedurchgang durch das Peltier-Element gering ist. Eine Wärmeübertragung durch das Peltier-Element wird dadurch minimiert. Durch den Stromfluss kann jedoch ein Wärmestrom auf der kalten Seite des Peltier-Elementes aufgenommen werden und auf ein hohes Temperaturniveau der warmen Seite durch Zufuhr von elektrischer Leistung transferiert werden.
  • Insbesondere kann jede Tauscheinheit mindestens drei, bevorzugt mindestens fünf, weiter bevorzugt mindestens acht Peltier-Elemente aufweisen. Insbesondere kann jede Tauscheinheit maximal 20, bevorzugt maximal 15, weiter bevorzugt maximal 12 Peltier-Elemente aufweisen. Insbesondere kann hierdurch ein oder mehr besonders effiziente externe Wärmeübertrager ermöglicht werden. Insbesondere kann eine Temperaturdifferenz zwischen den jeweiligen warmen Seiten und kalten Seiten einer Mehrzahl von in Reihe geschalteten Peltier-Elementen entlang der Reihe zunehmen, wodurch die Effizienz bzw. die Leistungszahl eines jeweiligen Peltier-Elements geringer ist als die Effizienz bzw. Leistungszahl von in Strömungsrichtung zuvor angeordneten Peltier-Elementen. Insbesondere kann daher durch eine solche Ausführungsform ein oder mehr besonders effiziente externe Wärmetauscher ermöglicht werden.
  • Insbesondere kann der mindestens eine externe Wärmeübertrager zumindest zwei Tauscheinheiten aufweisen. Insbesondere können die zumindest zwei Tauscheinheiten parallelgeschaltet sein. Hierdurch kann eine besonders raum-effiziente und/oder thermisch effiziente Anordnung der mindestens zwei Tauscheinheiten ermöglicht werden.
  • Insbesondere können der mindestens eine erste Strömungsabschnitt und/oder der mindestens eine zweite Strömungsabschnitt und/oder die mindestens eine Tauscheinheit im Wesentlichen plattenartig ausgebildet sind. Insbesondere kann hierdurch eine besonders große gesamte Wärmeübertragungsfläche zwischen dem mindestens einen ersten Strömungsabschnitt und/oder dem mindestens einen zweiten Strömungsabschnitt und/oder der mindestens einen Tauscheinheit ermöglicht werden.
  • Insbesondere können der mindestens eine erste Strömungsabschnitt und der mindestens eine zweite Strömungsabschnitt abwechselnd gestapelt angeordnet sein. Insbesondere kann somit kein erster Strömungsabschnitt direkt benachbart zu einem weiteren ersten Strömungsabschnitt angeordnet sein und/oder kein zweiter Strömungsabschnitt direkt benachbart zu einem weiteren zweiten Strömungsabschnitt angeordnet sein. Zwischen jeweils einem ersten bzw. zweiten Strömungsabschnitt und einem benachbarten zweiten bzw. ersten Strömungsabschnitt kann eine Tauscheinheit angeordnet sein. Hierdurch kann eine besonders kompakte Konfiguration eines externen Wärmeübertragers erreicht werden, wobei eine plattenartige Ausgestaltung des mindestens einen ersten Strömungsabschnitts und/oder des mindestens einen zweiten Strömungsabschnitts und/oder der mindestens einen Tauscheinheit eine hohe Wärmeübertragungsoberfläche gewährleisten kann.
  • Der mindestens eine externe Wärmeübertrager ist jedoch nicht auf eine solche räumliche Anordnung des mindestens einen ersten Strömungsabschnitts, des mindestens einen zweiten Strömungsabschnitts und/oder der mindestens einen Tauscheinheit beschränkt. Vielmehr kann eine Vielzahl von verschiedenen räumlichen Anordnungen und/oder Reihenfolgen des mindestens einen ersten Strömungsabschnitts, des mindestens einen zweiten Strömungsabschnitts und/oder der mindestens einen Tauscheinheit vorgesehen werden. Insbesondere kann eine solche Anordnung und/oder Reihenfolge mindestens einem Betriebsumstand des mindestens einen externen Wärmeübertragers angepasst werden. Beispielsweise können mindestens zwei erste Strömungsabschnitte und/oder mindestens zwei zweite Strömungsabschnitte, beispielsweise direkt oder über mindestens eine Tauscheinheit, benachbart angeordnet werden. Ferner können auch zusätzliche Elemente in dem mindestens einen externen Wärmeübertrager vorgesehen sein. Beispielsweise können Wärmestrom-beeinflussende Elemente, beispielsweise Wärmeableiter-Elemente und/oder wärmeisolierende Elemente, in bzw. an dem externen Wärmeübertrager und/oder dem mindestens einen ersten Strömungsabschnitt und/oder dem mindestens einen zweiten Strömungsabschnitt und/oder der mindestens einen Tauscheinheit vorgesehen werden.
  • Insbesondere kann der Wärmetauscher mindestens ein Nachheizungselement aufweisen, welches ausgelegt ist, Wärmeenergie an den ersten Wärmetauscherausflussabschnitt und/oder den zweiten Wärmetauscherausflussabschnitt zu übertragen. Insbesondere kann das mindestens eine Nachheizungselement mindestens ein elektrisches Nachheizungselement, beispielsweise mindestens ein elektrischer Nachheizstab, sein.
  • Insbesondere kann der Wärmetauscher mindestens ein Nachkühlungselement aufweisen, welches ausgelegt ist, Wärmeenergie dem ersten Wärmetauscherausflussabschnitt und/oder dem zweiten Wärmetauscherausflussabschnitt zu entziehen bzw. den ersten Wärmetauscherausflussabschnitt und/oder den zweiten Wärmetauscherausflussabschnitt zu kühlen. Insbesondere kann das mindestens eine Nachkühlungselement mindestens ein elektrisches Nachkühlungselement sein.
  • Ein Aspekt betrifft ein Wärmetauschernetzwerk. Das Wärmetauschernetzwerk umfasst insbesondere ein erstes Kältemittelnetzwerk, durch welches ein erstes Kältemittel fließt. Das Wärmetauschernetzwerk umfasst ferner insbesondere mindestens zwei Wärmetauscher. Insbesondere kann einer oder mehr der mindestens zwei Wärmetauscher als ein Wärmetauscher gemäß einem der hierin beschriebenen Wärmetauscher mit einer beliebigen Kombination von hierin beschriebenen Merkmalen ausgebildet sein. Insbesondere kann das erste Kältemittelnetzwerk jeden ersten Kältemittelnetzwerkabschnitt der mindestens zwei Wärmetauscher umfassen.
  • Insbesondere kann das Wärmetauschernetzwerk zumindest einen Verdampfer und mindestens einen Kondensator umfassen. Insbesondere kann ein Kondensatorausfluss des mindestens einen Kondensators, direkt oder indirekt bzw. über ein oder mehr Zwischenelemente, mit einem Verdampfereinfluss des mindestens einen Verdampfers verbunden sein. Insbesondere kann ein Kondensatoreinfluss des mindestens einen Kondensators, direkt oder indirekt bzw. über ein oder mehr Zwischenelemente, mit einem Verdampferausfluss des mindestens einen Verdampfers verbunden sein.
  • Insbesondere kann das Wärmetauschernetzwerk zumindest einen Kältemittelwärmeübertrager umfassen, wobei der zumindest eine Kältemittelwärmeübertrager zumindest teilweise mit einem ersten Abschnitt des ersten Kältemittelnetzwerks zwischen dem Kondensatorausfluss und dem Verdampfereinfluss thermisch gekoppelt sein kann, wobei der zumindest eine Kältemittelwärmeübertrager zumindest teilweise mit einem zweiten Abschnitt des ersten Kältemittelnetzwerks zwischen dem Kondensatoreinfluss und dem Verdampferausfluss thermisch gekoppelt sein kann. Insbesondere kann der Kältemittelwärmeübertrager ausgelegt sein, Wärmeenergie zwischen dem ersten Abschnitt und dem zweiten Abschnitt zu übertragen.
  • Insbesondere kann das Wärmetauschernetzwerk ferner zumindest ein Drosselventil bzw. ein Expansionsventil umfassen. Das zumindest eine Drosselventil bzw. Expansionsventil kann hierbei insbesondere in dem ersten Kältemittelnetzwerk zwischen dem Kondensatorausfluss und dem Verdampfereinfluss angeordnet sein. Das zumindest eine Drosselventil bzw. Expansionsventil kann insbesondere ausgelegt sein, einen Druck des ersten Kältemittels zwischen dem Kondensatorausfluss und dem Verdampfereinfluss zu reduzieren. Insbesondere kann das zumindest eine Drosselventil bzw. Expansionsventil zwischen dem Kältemittelwärmeübertrager und dem Verdampfereinfluss angeordnet sein.
  • Insbesondere kann das Wärmetauschernetzwerk ferner zumindest einen Kompressor aufweisen. Der zumindest eine Kompressor kann hierbei insbesondere in dem ersten Kältemittelnetzwerk zwischen dem Verdampferausfluss und dem Kondensatoreinfluss angeordnet sein. Der zumindest eine Kompressor kann insbesondere ausgelegt sein, einen Druck des ersten Kältemittels zwischen dem Verdampferausfluss und dem Kondensatoreinfluss zu erhöhen. Insbesondere kann der zumindest eine Kompressor zwischen dem Kältemittelwärmeübertrager und dem Kondensatoreinfluss angeordnet sein.
  • Insbesondere kann es durch ein solches Wärmetauschernetzwerk eine zusätzliche Regelgröße im Kompressionswärmepumpenprozess geben. Wird beispielsweise der mindestens eine externe Wärmeübertrager mit dem ersten Kältemittelnetzwerk zwischen dem Kondensatorausfluss und dem Kältemittelwärmeübertrager thermisch gekoppelt und ferner mit dem ersten Kältemittelnetzwerk zwischen dem Kältemittelwärmeübertrager und dem Kompressor thermisch gekoppelt, kann durch Variation der Leistung des mindestens einen externen Wärmeübertragers die Temperatur des ersten Kältemittels an diesen Stellen, und dadurch indirekt die Sauggastemperatur vor dem Kompressor, geregelt werden. Dies kann positive Auswirkungen auf die Dimensionierung des Kältemittelwärmeübertragers haben. Eine maximale Sauggastemperatur muss bei der Auslegung der Wärmepumpe/Kältemaschine nach oben hin begrenzt werden damit der Kompressor ausreichend gekühlt wird. Hierzu wird herkömmlich dazu der ungünstigste Betriebspunkt betrachtet: eine maximale Kondensator- und eine relativ hohe Verdampfer-Temperatur. Eine Wärmeübertragungsfähigkeit des Kältemittelwärmeübertragers muss so gering gewählt werden, dass die maximale Sauggastemperatur in diesem Betriebspunkt nicht überschritten wird. Allerdings werden so beispielsweise Potenziale in den meisten anderen Betriebspunkten nicht genutzt, in denen der Kältemittelwärmeübertrager eine größere Wärmeübertragungsfähigkeit haben könnte. Insbesondere kann durch das hierin beschriebene Wärmetauschernetzwerk ermöglicht werden, dass auch bei einem größeren bzw. stärkeren Kältemittelwärmeübertrager die Sauggastemperatur nie die zulässige Grenze überschreitet. So kann durch eine verbesserte innere Wärmerückgewinnung die Effizienz des Kompressionswärmepumpenprozesses zusätzlich erhöht werden.
  • Da der Wärmekapazitätsstrom des flüssigen Kältemittels des ersten Kältemittelnetzwerk zwischen dem Kondensatorausfluss und dem Kältemittelwärmeübertrager deutlich höher sein kann als der des Kältemitteldampfes nach dem Verdampfer, kann die Funktionsfähigkeit des Kältemittelwärmeübertragers durch die Prozesserweiterung nahezu unverändert sein.
  • Auch in Kompressionskältemaschinen hat das hierin beschriebene Wärmetauschernetzwerk erhebliche Vorteile. Durch eine Unterkühlung des flüssigen Kältemittels im Hochdruck kann bei der Drosselung weniger Dampf entstehen, sodass mehr Kältemittel im Verdampfer nutzbar sein kann. Insbesondere bei Kältemitteln, bei denen aufgrund einer Begrenzung der Kompressor-Austrittstemperatur kein Kältemittelwärmeübertrager verwendet werden kann (z.B. Ammoniak) kann eine Leistungssteigerung und Effizienzsteigerung ermöglicht werden. Auch bei großen Temperaturhüben entstehen aufgrund des steigenden Dampfgehalts bei der Drosselung große Vorteile.
  • Das Wärmetauschernetzwerk kann ferner eine beliebige Kombination der hierin beschriebenen und in den Figuren gezeigten Merkmale aufweisen.
  • Ein Aspekt betrifft ein Wärmetauschernetzwerk. Das Wärmetauschernetzwerk umfasst insbesondere ein Kältemittel, welches durch das Wärmetauschernetzwerk zirkulierbar ist. Das Wärmetauschernetzwerk umfasst ferner einen Verdampfer, welcher ausgelegt ist, Wärmeenergie an das Kältemittel zu übertragen, und einen Kondensator, welcher ausgelegt ist, Wärmeenergie dem Kältemittel zu entziehen. Das Wärmetauschernetzwerk umfasst ferner einen ersten Netzwerkarm, der einen Verdampferausfluss mit einem Kondensatoreinfluss verbindet, und einen zweiten Netzwerkarm, der einen Kondensatorausfluss mit einem Verdampfereinfluss verbindet. Das Wärmetauschernetzwerk umfasst ferner ein Drosselventil, welches in dem zweiten Netzwerkarm ausgebildet ist, wobei das Drosselventil ausgelegt ist, um einen Druck des Kältemittels zu reduzieren, und einen Kompressor, welcher in dem ersten Netzwerkarm ausgebildet ist, wobei der Kompressor ausgelegt ist, den Druck des Kältemittels zu erhöhen. Ferner umfasst das Wärmetauschernetzwerk mindestens einen externen Wärmeübertrager, wobei der mindestens eine externe Wärmeübertrager zumindest teilweise thermisch mit dem Kältemittel an dem zweiten Netzwerkarm zwischen dem Kondensator und dem Drosselventil gekoppelt ist, wobei der mindestens eine externe Wärmeübertrager ausgelegt ist, dem Kältemittel Wärmeenergie zu entziehen. Insbesondere kann das Wärmetauschernetzwerk zumindest einen Kältemittelwärmeübertrager umfassen, wobei der zumindest eine Kältemittelwärmeübertrager zumindest teilweise mit dem zweiten Netzwerkarm zwischen dem Kondensatorausfluss und dem Drosselventil thermisch gekoppelt sein kann, wobei der zumindest eine Kältemittelwärmeübertrager zumindest teilweise mit dem ersten Netzwerkarm zwischen dem Kompressor und dem Verdampferausfluss thermisch gekoppelt sein kann. Insbesondere kann der mindestens eine externe Wärmeübertrager zumindest teilweise mit dem Kältemittel an dem zweiten Netzwerkarm zwischen dem Kondensator und dem Kältemittelwärmeübertrager thermisch gekoppelt sein.
  • Insbesondere kann der Kältemittelwärmeübertrager ausgelegt sein, Wärmeenergie von dem zweiten Netzwerkarm zu dem ersten Netzwerkarm zu übertragen.
  • Insbesondere kann durch eine solche Ausführungsform eine zusätzliche Regelung der Sauggastemperatur vor dem Kompressor und somit eine effiziente Ausbildung des Kompressors und/oder des Kältemittelwärmeübertragers ermöglicht werden.
  • Das Wärmetauschernetzwerk kann ferner eine beliebige Kombination der hierin beschriebenen und in den Figuren gezeigten Merkmale aufweisen.
  • Ein Aspekt betrifft ein Wärmetauschverfahren umfassend ein Bereitstellen eines ersten Kältemittelnetzwerkabschnitts, durch welchen ein erstes Kältemittel fließt, wobei der erste Kältemittelnetzwerkabschnitt einen ersten Wärmetauschereinflussabschnitt und einen ersten Wärmetauscherausflussabschnitt aufweist. Das Wärmetauschverfahren kann ferner ein Bereitstellen eines zweiten Kältemittelnetzwerkabschnitts, durch welchen ein zweites Kältemittel fließt, wobei der zweite Kältemittelnetzwerkabschnitt einen zweiten Wärmetauschereinflussabschnitt und einen zweiten Wärmetauscherausflussabschnitt aufweist, umfassen. Ein Wärmetauscher kann insbesondere konfiguriert sein, in einem Wärmetauschabschnitt Wärmeenergie zwischen dem ersten Kältemittelnetzwerkabschnitt und dem zweiten Kältemittelnetzwerkabschnitt zu übertragen. Das Wärmetauschverfahren kann ferner ein zumindest teilweises thermisches Koppeln mindestens eines externen Wärmeübertragers mit dem ersten Wärmetauschereinflussabschnitt oder dem ersten Wärmetauscherausflussabschnitt umfassen. Das Wärmetauschverfahren kann ferner ein zumindest teilweises thermisches Koppeln des mindestens einen externen Wärmeübertragers mit dem zweiten Wärmetauschereinflussabschnitt oder dem zweiten Wärmetauscherausflussabschnitt umfassen. Das Wärmetauschverfahren kann ferner ein Übertragen von Wärmeenergie zwischen dem ersten Kältemittelnetzwerkabschnitt und dem zweiten Kältemittelnetzwerkabschnitt in dem Wärmetauschabschnitt umfassen. Das Wärmetauschverfahren kann ferner ein weiteres Übertragen von Wärmeenergie durch den mindestens einen externen Wärmeübertrager zwischen dem ersten Kältemittelnetzwerkabschnitt und dem zweiten Kältemittelnetzwerkabschnitt umfassen.
  • Insbesondere kann hierdurch ein Wärmetauschverfahren mit hoher Leistungszahl ermöglicht werden.
  • Der erste Kältemittelnetzwerkabschnitt kann ferner ein Drosselventil in dem ersten Wärmetauscherausflussabschnitt umfassen, wobei der mindestens eine externe Wärmeübertrager zumindest teilweise mit dem ersten Wärmetauscherausflussabschnitt zwischen dem Drosselventil und dem Wärmetauschabschnitt thermisch gekoppelt wird, wobei das Drosselventil ausgelegt ist, um einen Druck des ersten Kältemittels zu reduzieren. Der erste Kältemittelnetzwerkabschnitt kann ferner einen Kompressor in dem ersten Wärmetauschereinflussabschnitt umfassen, wobei der mindestens eine externe Wärmeübertrager zumindest teilweise mit dem ersten Wärmetauschereinflussabschnitt thermisch gekoppelt wird, so dass der Kompressor entlang dem ersten Wärmetauschereinflussabschnitt zwischen dem mindestens einen externen Wärmeübertrager und dem Wärmetauschbereich angeordnet ist, wobei der Kompressor ausgelegt ist, den Druck des Kältemittels zu erhöhen.
  • Das Wärmetauschverfahren kann ferner ein Regeln einer Sauggastemperatur des Kompressors umfassen, wobei das Regeln der Sauggastemperatur ein Regeln einer Kühlleistung des mindestens einen externen Wärmeübertragers in dem ersten Wärmetauscherausflussabschnitt umfasst.
  • Das Wärmetauschverfahren kann ferner eine beliebige Kombination der hierin beschriebenen und in den Figuren gezeigten Merkmale aufweisen.
  • Ein Aspekt betrifft ein Wärmetauschverfahren umfassend ein Bereitstellen eines Wärmetauschernetzwerks. Das Wärmetauschernetzwerk umfasst insbesondere ein Kältemittel, welches durch das Wärmetauschernetzwerk zirkulierbar ist. Das Wärmetauschernetzwerk umfasst ferner einen Verdampfer, welcher ausgelegt ist, Wärmeenergie an das Kältemittel zu übertragen, und einen Kondensator, welcher ausgelegt ist, Wärmeenergie dem Kältemittel zu entziehen. Das Wärmetauschernetzwerk umfasst ferner einen ersten Netzwerkarm, der einen Verdampferausfluss mit einem Kondensatoreinfluss verbindet, und einen zweiten Netzwerkarm, der einen Kondensatorausfluss mit einem Verdampfereinfluss verbindet. Das Wärmetauschernetzwerk umfasst ferner ein Drosselventil, welches in dem zweiten Netzwerkarm ausgebildet ist, wobei das Drosselventil ausgelegt ist, um einen Druck des Kältemittels zu reduzieren, und einen Kompressor, welcher in dem ersten Netzwerkarm ausgebildet ist, wobei der Kompressor ausgelegt ist, den Druck des Kältemittels zu erhöhen. Ferner umfasst das Wärmetauschernetzwerk mindestens einen externer Wärmeübertrager, wobei der mindestens eine externe Wärmeübertrager zumindest teilweise thermisch mit dem Kältemittel an dem zweiten Netzwerkarm zwischen dem Kondensator und dem Drosselventil gekoppelt ist, wobei der mindestens eine externe Wärmeübertrager ausgelegt ist, dem Kältemittel Wärmeenergie zu entziehen.
  • Insbesondere kann das Wärmetauschernetzwerk zumindest einen Kältemittelwärmeübertrager umfassen, wobei der zumindest eine Kältemittelwärmeübertrager zumindest teilweise mit dem zweiten Netzwerkarm zwischen dem Kondensatorausfluss und dem Drosselventil thermisch gekoppelt sein kann, wobei der zumindest eine Kältemittelwärmeübertrager zumindest teilweise mit dem ersten Netzwerkarm zwischen dem Kompressor und dem Verdampferausfluss thermisch gekoppelt sein kann. Insbesondere kann der mindestens eine externe Wärmeübertrager zumindest teilweise mit dem Kältemittel an dem zweiten Netzwerkarm zwischen dem Kondensator und dem Kältemittelwärmeübertrager thermisch gekoppelt sein.
  • Das Wärmetauschverfahren kann ferner ein Regeln einer Sauggastemperatur des Kompressors umfassen, wobei das Regeln der Sauggastemperatur ein Regeln einer Kühlleistung des mindestens einen externen Wärmeübertragers in dem ersten Wärmetauscherausflussabschnitt umfasst.
  • Das Wärmetauschverfahren kann ferner eine beliebige Kombination der hierin beschriebenen und in den Figuren gezeigten Merkmale aufweisen.
  • Die Erfindung wird ferner anhand von beispielhaften Ausführungsformen, welche in den beigefügten Figuren illustrativ gezeigt sind, erläutert. Es zeigen:
    • 1: Eine herkömmlichen Kompressionskältemaschinenprozess bzw. - wärmepumpennprozess;
    • 2: Eine schematische Ansicht eines exemplarischen Wärmetauschers;
    • 3A bis 6B: Exemplarische Ausführungsformen eines Wärmetauschernetzwerks;
    • 7A bis 7C: Ansichten eines exemplarischen externen Wärmeübertragers;
    • 8 bis 15: Simulationsergebnisse einer beispielhaften Simulation eines beispielhaften Wärmetauschernetzwerks;
  • In den nachfolgenden Figuren werden Strömungsrichtungen des Kältemittels mittels Pfeilen angezeigt.
  • 1 zeigt einen herkömmlichen Kompressionskältemaschinen- bzw. - wärmepumpenprozess, wie in der Einleitung oben diskutiert.
  • 2 zeigt eine schematische Darstellung eines exemplarischen Wärmetauschers 1. Der Wärmetauscher 1 umfasst insbesondere einen ersten Kältemittelnetzwerkabschnitt, durch welchen ein erstes Kältemittel fließt, wobei der erste Kältemittelnetzwerkabschnitt einen ersten Wärmetauschereinflussabschnitt E1 und einen ersten Wärmetauscherausflussabschnitt A1 aufweist. Der Wärmetauscher 1 umfasst insbesondere einen zweiten Kältemittelnetzwerkabschnitt, durch welchen ein zweites Kältemittel fließt, wobei der zweite Kältemittelnetzwerkabschnitt einen zweiten Wärmetauschereinflussabschnitt E2 und einen zweiten Wärmetauscherausflussabschnitt A2 aufweist. Der Wärmetauscher 1 ist insbesondere ausgelegt, in einem Wärmetauschabschnitt 10 Wärmeenergie zwischen dem ersten Kältemittelnetzwerkabschnitt und dem zweiten Kältemittelnetzwerkabschnitt zu übertragen. Der Wärmetauscher 1 kann insbesondere mindestens einen externen Wärmeübertrager 5 aufweisen, wobei jeder externe Wärmeübertrager 5 zumindest teilweise thermisch mit dem ersten Wärmetauschereinflussabschnitt E1 oder dem ersten Wärmetauscherausflussabschnitt A1 gekoppelt ist, wobei jeder externe Wärmeübertrager 5 ferner zumindest teilweise thermisch mit dem zweiten Wärmetauschereinflussabschnitt E2 oder dem zweiten Wärmetauscherausflussabschnitt A2 gekoppelt ist. Insbesondere ist jeder externe Wärmeübertrager ausgebildet, Wärmeenergie zwischen dem ersten Kältemittelnetzwerkabschnitt und dem zweiten Kältemittelnetzwerkabschnitt zu übertragen.
  • Der Wärmetauschabschnitt 10 kann in dem gezeigten Beispiel insbesondere ein physischer Abschnitt des Wärmetauschers 1 sein, in welchem der erste Kältemittelnetzwerkabschnitt thermisch mit dem zweiten Kältemittelnetzwerkabschnitt gekoppelt ist, so dass Wärmeenergie zwischen dem ersten Kältemittelnetzwerkabschnitt bzw. dem ersten Kältemittel und dem zweiten Kältemittelnetzwerkabschnitt bzw. dem zweiten Kältemittel übertragbar ist.
  • Der Wärmetauscher 1 kann insbesondere als Kondensator und/oder Verdampfer ausgebildet sein.
  • Der mindestens eine externe Wärmeübertrager 5 ist hierbei schematisch in mehreren möglichen Anordnungen bzw. thermischen Kopplungen an bzw. in bzw. mit dem ersten Wärmetauschereinflussabschnitt E1, dem ersten Wärmetauscherausflussabschnitt A1, dem zweiten Wärmetauschereinflussabschnitt E2 und/oder dem zweiten Wärmetauscherausflussabschnitt A2 exemplarisch dargestellt.
  • 3A zeigt ein exemplarisches Wärmetauschernetzwerk 20 für einen Wärmepumpenprozess. Das Wärmetauschernetzwerk 20 umfasst insbesondere ein erstes Kältemittelnetzwerk, durch welches ein erstes Kältemittel fließt. Das Wärmetauschernetzwerk umfasst ferner zwei Wärmetauscher, welche insbesondere als ein Kondensator 21 und ein Verdampfer 24 ausgebildet sind. Insbesondere ist der Kondensator 21 gemäß einem erfindungsgemäßen Wärmetauscher ausgebildet.
  • Insbesondere ist ein Kondensatorausfluss des mindestens einen Kondensators 21 indirekt mit einem Verdampfereinfluss des mindestens einen Verdampfers 24 verbunden. Insbesondere ist ein Kondensatoreinfluss des mindestens einen Kondensators 21 indirekt mit einem Verdampferausfluss des mindestens einen Verdampfers 24 verbunden.
  • Insbesondere umfasst das exemplarische Wärmetauschernetzwerk 20 einen Kältemittelwärmeübertrager 22, wobei der eine Kältemittelwärmeübertrager 22 zumindest teilweise mit einem ersten Abschnitt des ersten Kältemittelnetzwerks zwischen dem Kondensatorausfluss und dem Verdampfereinfluss thermisch gekoppelt ist, wobei der zumindest eine Kältemittelwärmeübertrager 22 zumindest teilweise mit einem zweiten Abschnitt des ersten Kältemittelnetzwerks zwischen dem Kondensatoreinfluss und dem Verdampferausfluss thermisch gekoppelt ist. Insbesondere ist der Kältemittelwärmeübertrager 22 ausgelegt, Wärmeenergie von dem ersten Abschnitt zu dem zweiten Abschnitt zu übertragen.
  • Insbesondere kann das Wärmetauschernetzwerk 20 ferner zumindest ein Drosselventil bzw. ein Expansionsventil 23 umfassen. Das zumindest eine Drosselventil bzw. Expansionsventil 23 ist hierbei insbesondere in dem ersten Kältemittelnetzwerk zwischen dem Kondensatorausfluss und dem Verdampfereinfluss angeordnet. Das zumindest eine Drosselventil bzw. Expansionsventil 23 ist insbesondere ausgelegt, einen Druck des ersten Kältemittels zwischen dem Kondensatorausfluss und dem Verdampfereinfluss zu reduzieren. Insbesondere ist das zumindest eine Drosselventil bzw. Expansionsventil 23 zwischen dem Kältemittelwärmeübertrager 22 und dem Verdampfer 24 angeordnet.
  • Insbesondere weist das Wärmetauschernetzwerk 20 ferner zumindest einen Kompressor 25 auf. Der zumindest eine Kompressor 25 kann hierbei insbesondere in dem ersten Kältemittelnetzwerk zwischen dem Verdampferausfluss und dem Kondensatoreinfluss angeordnet sein. Der zumindest eine Kompressor 25 kann insbesondere ausgelegt sein, einen Druck des ersten Kältemittels zwischen dem Verdampferausfluss und dem Kondensatoreinfluss zu erhöhen. Insbesondere ist der zumindest eine Kompressor 25 zwischen dem Kältemittelwärmeübertrager 22 und dem Kondensator 21 angeordnet.
  • Insbesondere ist der mindestens eine externe Wärmeübertrager 5 zumindest teilweise mit einem ersten Wärmetauscherausflussabschnitt des Kondensators 21 thermisch gekoppelt. Insbesondere ist der mindestens eine externe Wärmeübertrager 5 ferner zumindest teilweise mit einem zweiten Wärmetauscherausflussabschnitt des Kondensators 21 thermisch gekoppelt. Insbesondere ist der mindestens eine externe Wärmeübertrager 5 ausgebildet, das erste Kältemittel in dem ersten Wärmetauscherausflussabschnitt zu unterkühlen und ein zweites Kältemittel in dem zweiten Wärmetauscherausflussabschnitt des Kondensators 21 zu überhitzen, indem Wärmeenergie von dem ersten Kältemittel durch den mindestens einen externen Wärmeübertrager 5 an das zweite Kältemittel übertragen wird. Der mindestens eine externe Wärmeübertrager 5 ist hierbei exemplarisch als umfassend mindestens eines Peltier-Elements dargestellt. In 3A sind hierbei beispielhaft die kalten Seiten und warmen Seiten des mindestens einen Peltier-Elements dargestellt.
  • 3B zeigt ein exemplarisches Wärmetauschernetzwerk 20 für einen Kältemaschinenprozess. Das Wärmetauschernetzwerk 20 kann hierbei insbesondere im Wesentlichen bauteilgleich zu dem exemplarischen Wärmetauschernetzwerk 20 gemäß 3A ausgebildet sein.
  • 4A zeigt ein exemplarisches Wärmetauschernetzwerk 20 für einen Wärmepumpenprozess. Das Wärmetauschernetzwerk 20 umfasst insbesondere ein erstes Kältemittelnetzwerk, durch welches ein erstes Kältemittel fließt. Das Wärmetauschernetzwerk umfasst ferner zwei Wärmetauscher, welche insbesondere als ein Kondensator 21 und ein Verdampfer 24 ausgebildet sind. Insbesondere ist der Kondensator 21 gemäß einem erfindungsgemäßen Wärmetauscher ausgebildet.
  • Insbesondere ist ein Kondensatorausfluss des mindestens einen Kondensators 21 indirekt mit einem Verdampfereinfluss des mindestens einen Verdampfers 24 verbunden. Insbesondere ist ein Kondensatoreinfluss des mindestens einen Kondensators 21 indirekt mit einem Verdampferausfluss des mindestens einen Verdampfers 24 verbunden.
  • Insbesondere umfasst das exemplarische Wärmetauschernetzwerk 20 einen Kältemittelwärmeübertrager 22, wobei der eine Kältemittelwärmeübertrager 22 zumindest teilweise mit einem ersten Abschnitt des ersten Kältemittelnetzwerks zwischen dem Kondensatorausfluss und dem Verdampfereinfluss thermisch gekoppelt ist, wobei der zumindest eine Kältemittelwärmeübertrager 22 zumindest teilweise mit einem zweiten Abschnitt des ersten Kältemittelnetzwerks zwischen dem Kondensatoreinfluss und dem Verdampferausfluss thermisch gekoppelt ist. Insbesondere ist der Kältemittelwärmeübertrager 22 ausgelegt, Wärmeenergie von dem ersten Abschnitt zu dem zweiten Abschnitt zu übertragen.
  • Insbesondere kann das Wärmetauschernetzwerk 20 ferner zumindest ein Drosselventil bzw. ein Expansionsventil 23 umfassen. Das zumindest eine Drosselventil bzw. Expansionsventil 23 ist hierbei insbesondere in dem ersten Kältemittelnetzwerk zwischen dem Kondensatorausfluss und dem Verdampfereinfluss angeordnet. Das zumindest eine Drosselventil bzw. Expansionsventil 23 ist insbesondere ausgelegt, einen Druck des ersten Kältemittels zwischen dem Kondensatorausfluss und dem Verdampfereinfluss zu reduzieren. Insbesondere ist das zumindest eine Drosselventil bzw. Expansionsventil 23 zwischen dem Kältemittelwärmeübertrager 22 und dem Verdampfer 24 angeordnet.
  • Insbesondere weist das Wärmetauschernetzwerk 20 ferner zumindest einen Kompressor 25 auf. Der zumindest eine Kompressor 25 kann hierbei insbesondere in dem ersten Kältemittelnetzwerk zwischen dem Verdampferausfluss und dem Kondensatoreinfluss angeordnet sein. Der zumindest eine Kompressor 25 kann insbesondere ausgelegt sein, einen Druck des ersten Kältemittels zwischen dem Verdampferausfluss und dem Kondensatoreinfluss zu erhöhen. Insbesondere ist der zumindest eine Kompressor 25 zwischen dem Kältemittelwärmeübertrager 22 und dem Kondensator 21 angeordnet.
  • Insbesondere ist der mindestens eine externe Wärmeübertrager 5 zumindest teilweise mit dem ersten Wärmetauscherausflussabschnitt des Kondensators 21 thermisch gekoppelt. Insbesondere ist der mindestens eine externe Wärmeübertrager 5 ferner zumindest teilweise mit dem zweiten Wärmetauschereinflussabschnitt des Kondensators 21 thermisch gekoppelt. Insbesondere ist der mindestens eine externe Wärmeübertrager 5 ausgebildet, das erste Kältemittel in dem ersten Wärmetauscherausflussabschnitt zu unterkühlen und ein zweites Kältemittel in dem zweiten Wärmetauschereinflussabschnitt des Kondensators 21 zu überhitzen bzw. vorzuheizen, indem Wärmeenergie von dem ersten Kältemittel durch den mindestens einen externen Wärmeübertrager 5 an das zweite Kältemittel übertragen wird. Der mindestens eine externe Wärmeübertrager 5 ist hierbei exemplarisch als umfassend mindestens eines Peltier-Elements dargestellt. In 4A sind hierbei beispielhaft die kalten Seiten und warmen Seiten des mindestens einen Peltier-Elements dargestellt.
  • 4B zeigt ein exemplarisches Wärmetauschernetzwerk 20 für einen Kältemaschinenprozess. Das Wärmetauschernetzwerk 20 kann hierbei insbesondere im Wesentlichen bauteilgleich zu dem exemplarischen Wärmetauschernetzwerk 20 gemäß 4A ausgebildet sein.
  • 5A zeigt ein exemplarisches Wärmetauschernetzwerk 20 für einen Wärmepumpenprozess. Das Wärmetauschernetzwerk 20 umfasst insbesondere ein erstes Kältemittelnetzwerk, durch welches ein erstes Kältemittel fließt. Das Wärmetauschernetzwerk umfasst ferner zwei Wärmetauscher, welche insbesondere als ein Kondensator 21 und ein Verdampfer 24 ausgebildet sind. Insbesondere ist der Verdampfer 25 gemäß einem erfindungsgemäßen Wärmetauscher ausgebildet.
  • Insbesondere ist ein Kondensatorausfluss des mindestens einen Kondensators 21 indirekt mit einem Verdampfereinfluss des mindestens einen Verdampfers 24 verbunden. Insbesondere ist ein Kondensatoreinfluss des mindestens einen Kondensators 21 indirekt mit einem Verdampferausfluss des mindestens einen Verdampfers 24 verbunden.
  • Insbesondere umfasst das exemplarische Wärmetauschernetzwerk 20 einen Kältemittelwärmeübertrager 22, wobei der eine Kältemittelwärmeübertrager 22 zumindest teilweise mit einem ersten Abschnitt des ersten Kältemittelnetzwerks zwischen dem Kondensatorausfluss und dem Verdampfereinfluss thermisch gekoppelt ist, wobei der zumindest eine Kältemittelwärmeübertrager 22 zumindest teilweise mit einem zweiten Abschnitt des ersten Kältemittelnetzwerks zwischen dem Kondensatoreinfluss und dem Verdampferausfluss thermisch gekoppelt ist. Insbesondere ist der Kältemittelwärmeübertrager 22 ausgelegt, Wärmeenergie von dem ersten Abschnitt zu dem zweiten Abschnitt zu übertragen.
  • Insbesondere kann das Wärmetauschernetzwerk 20 ferner zumindest ein Drosselventil bzw. ein Expansionsventil 23 umfassen. Das zumindest eine Drosselventil bzw. Expansionsventil 23 ist hierbei insbesondere in dem ersten Kältemittelnetzwerk zwischen dem Kondensatorausfluss und dem Verdampfereinfluss angeordnet. Das zumindest eine Drosselventil bzw. Expansionsventil 23 ist insbesondere ausgelegt, einen Druck des ersten Kältemittels zwischen dem Kondensatorausfluss und dem Verdampfereinfluss zu reduzieren. Insbesondere ist das zumindest eine Drosselventil bzw. Expansionsventil 23 zwischen dem Kältemittelwärmeübertrager 22 und dem Verdampfer 24 angeordnet.
  • Insbesondere weist das Wärmetauschernetzwerk 20 ferner zumindest einen Kompressor 25 auf. Der zumindest eine Kompressor 25 kann hierbei insbesondere in dem ersten Kältemittelnetzwerk zwischen dem Verdampferausfluss und dem Kondensatoreinfluss angeordnet sein. Der zumindest eine Kompressor 25 kann insbesondere ausgelegt sein, einen Druck des ersten Kältemittels zwischen dem Verdampferausfluss und dem Kondensatoreinfluss zu erhöhen. Insbesondere ist der zumindest eine Kompressor 25 zwischen dem Kältemittelwärmeübertrager 22 und dem Kondensator 21 angeordnet.
  • Insbesondere ist der mindestens eine externe Wärmeübertrager 5 zumindest teilweise mit dem ersten Wärmetauschereinflussabschnitt des Verdampfers 24 thermisch gekoppelt. Insbesondere ist hierbei der mindestens eine externe Wärmeübertrager 5 zumindest teilweise mit dem ersten Wärmetauschereinflussabschnitt des Verdampfers 24 zwischen dem Kältemittelwärmeübertrager 22 und dem Drosselventil 23 thermisch gekoppelt. Insbesondere ist der mindestens eine externe Wärmeübertrager 5 ferner zumindest teilweise mit dem zweiten Wärmetauschereinflussabschnitt des Verdampfers 24 thermisch gekoppelt. Insbesondere ist der mindestens eine externe Wärmeübertrager 5 ausgebildet, das erste Kältemittel in dem ersten Wärmetauschereinflussabschnitt des Verdampfers 24 zu unterkühlen und ein zweites Kältemittel in dem zweiten Wärmetauschereinflussabschnitt des Verdampfers 24 zu überhitzen bzw. vorzuheizen, indem Wärmeenergie von dem ersten Kältemittel durch den mindestens einen externen Wärmeübertrager 5 an das zweite Kältemittel übertragen wird. Der mindestens eine externe Wärmeübertrager 5 ist hierbei exemplarisch als umfassend mindestens eines Peltier-Elements dargestellt. In 5A sind hierbei beispielhaft die kalten Seiten und warmen Seiten des mindestens einen Peltier-Elements dargestellt.
  • 5B zeigt ein exemplarisches Wärmetauschernetzwerk 20 für einen Kältemaschinenprozess. Das Wärmetauschernetzwerk 20 umfasst insbesondere ein erstes Kältemittelnetzwerk, durch welches ein erstes Kältemittel fließt. Das Wärmetauschernetzwerk umfasst ferner zwei Wärmetauscher, welche insbesondere als ein Kondensator 21 und ein Verdampfer 24 ausgebildet sind. Insbesondere ist der Verdampfer 25 gemäß einem erfindungsgemäßen Wärmetauscher ausgebildet.
  • Hierbei unterscheidet sich das exemplarische Wärmetauschernetzwerk 20 im Wesentlichen von dem exemplarischen Wärmetauschernetzwerk 20 gemäß 5A in der Anordnung bzw. thermischen Kopplung des mindestens einen externen Wärmeübertragers 5.
  • Insbesondere ist der mindestens eine externe Wärmeübertrager 5 zumindest teilweise mit dem ersten Wärmetauscherausflussabschnitt des Verdampfers 24 thermisch gekoppelt. Insbesondere ist hierbei der mindestens eine externe Wärmeübertrager 5 zumindest teilweise mit dem ersten Wärmetauscherausflussabschnitt des Verdampfers 24 zwischen dem Kältemittelwärmeübertrager 22 und dem Verdampfer 24 thermisch gekoppelt. Insbesondere ist der mindestens eine externe Wärmeübertrager 5 ferner zumindest teilweise mit dem zweiten Wärmetauscherausflussabschnitt des Verdampfers 24 thermisch gekoppelt. Insbesondere ist der mindestens eine externe Wärmeübertrager 5 ausgebildet, das zweite Kältemittel in dem zweiten Wärmetauscherausflussabschnitt des Verdampfers 24 zu unterkühlen und ein erstes Kältemittel in dem ersten Wärmetauscherausflussabschnitt des Verdampfers 24 zu überhitzen, indem Wärmeenergie von dem zweiten Kältemittel durch den mindestens einen externen Wärmeübertrager 5 an das erste Kältemittel übertragen wird. Der mindestens eine externe Wärmeübertrager 5 ist hierbei exemplarisch als mindestens ein Peltier-Element umfassend dargestellt. In 5B sind hierbei beispielhaft die kalten Seiten und warmen Seiten des mindestens einen Peltier-Elements dargestellt.
  • 6A zeigt ein exemplarisches Wärmetauschernetzwerk 20 für einen Wärmepumpenprozess. Das Wärmetauschernetzwerk 20 umfasst insbesondere ein erstes Kältemittelnetzwerk, durch welches ein erstes Kältemittel fließt. Das Wärmetauschernetzwerk umfasst ferner zwei Wärmetauscher, welche insbesondere als ein Kondensator 21 und ein Verdampfer 24 ausgebildet sind. Insbesondere ist der Kondensator 21 gemäß einem erfindungsgemäßen Wärmetauscher ausgebildet.
  • Insbesondere ist ein Kondensatorausfluss des mindestens einen Kondensators 21 indirekt mit einem Verdampfereinfluss des mindestens einen Verdampfers 24 verbunden. Insbesondere ist ein Kondensatoreinfluss des mindestens einen Kondensators 21 indirekt mit einem Verdampferausfluss des mindestens einen Verdampfers 24 verbunden.
  • Insbesondere umfasst das exemplarische Wärmetauschernetzwerk 20 einen Kältemittelwärmeübertrager 22, wobei der eine Kältemittelwärmeübertrager 22 zumindest teilweise mit einem ersten Abschnitt des ersten Kältemittelnetzwerks zwischen dem Kondensatorausfluss und dem Verdampfereinfluss thermisch gekoppelt ist, wobei der zumindest eine Kältemittelwärmeübertrager 22 zumindest teilweise mit einem zweiten Abschnitt des ersten Kältemittelnetzwerks zwischen dem Kondensatoreinfluss und dem Verdampferausfluss thermisch gekoppelt ist. Insbesondere ist der Kältemittelwärmeübertrager 22 ausgelegt, Wärmeenergie von dem ersten Abschnitt zu dem zweiten Abschnitt zu übertragen.
  • Insbesondere kann das Wärmetauschernetzwerk 20 ferner zumindest ein Drosselventil bzw. ein Expansionsventil 23 umfassen. Das zumindest eine Drosselventil bzw. Expansionsventil 23 ist hierbei insbesondere in dem ersten Kältemittelnetzwerk zwischen dem Kondensatorausfluss und dem Verdampfereinfluss angeordnet. Das zumindest eine Drosselventil bzw. Expansionsventil 23 ist insbesondere ausgelegt, einen Druck des ersten Kältemittels zwischen dem Kondensatorausfluss und dem Verdampfereinfluss zu reduzieren. Insbesondere ist das zumindest eine Drosselventil bzw. Expansionsventil 23 zwischen dem Kältemittelwärmeübertrager 22 und dem Verdampfer 24 angeordnet.
  • Insbesondere weist das Wärmetauschernetzwerk 20 ferner zumindest einen Kompressor 25 auf. Der zumindest eine Kompressor 25 kann hierbei insbesondere in dem ersten Kältemittelnetzwerk zwischen dem Verdampferausfluss und dem Kondensatoreinfluss angeordnet sein. Der zumindest eine Kompressor 25 kann insbesondere ausgelegt sein, einen Druck des ersten Kältemittels zwischen dem Verdampferausfluss und dem Kondensatoreinfluss zu erhöhen. Insbesondere ist der zumindest eine Kompressor 25 zwischen dem Kältemittelwärmeübertrager 22 und dem Kondensator 21 angeordnet.
  • Insbesondere ist der mindestens eine externe Wärmeübertrager 5 zumindest teilweise mit dem ersten Wärmetauscherausflussabschnitt des Kondensators 21 thermisch gekoppelt. Insbesondere ist hierbei der mindestens eine externe Wärmeübertrager 5 zumindest teilweise mit dem ersten Wärmetauscherausflussabschnitt des Kondensators 21 zwischen dem Kältemittelwärmeübertrager 22 und dem Drosselventil 23 thermisch gekoppelt. Insbesondere ist der mindestens eine externe Wärmeübertrager 5 ferner zumindest teilweise mit dem zweiten Wärmetauscherausflussabschnitt des Kondensators 21 thermisch gekoppelt. Insbesondere ist der mindestens eine externe Wärmeübertrager 5 ausgebildet, das erste Kältemittel in dem ersten Wärmetauscherausflussabschnitt des Kondensators 21 zu unterkühlen und ein zweites Kältemittel in dem zweiten Wärmetauscherausflussabschnitt des Kondensators 21 zu überhitzen, indem Wärmeenergie von dem ersten Kältemittel durch den mindestens einen externen Wärmeübertrager 5 an das zweite Kältemittel übertragen wird. Der mindestens eine externe Wärmeübertrager 5 ist hierbei exemplarisch als umfassend mindestens eines Peltier-Elements dargestellt. In 6A sind hierbei beispielhaft die kalten Seiten und warmen Seiten des mindestens einen Peltier-Elements dargestellt.
  • 6B zeigt ein exemplarisches Wärmetauschernetzwerk 20 für einen Kältemaschinenprozess. Das Wärmetauschernetzwerk 20 umfasst insbesondere ein erstes Kältemittelnetzwerk, durch welches ein erstes Kältemittel fließt. Das Wärmetauschernetzwerk umfasst ferner zwei Wärmetauscher, welche insbesondere als ein Kondensator 21 und ein Verdampfer 24 ausgebildet sind. Insbesondere ist der Verdampfer 24 gemäß einem erfindungsgemäßen Wärmetauscher ausgebildet.
  • Hierbei unterscheidet sich das exemplarische Wärmetauschernetzwerk 20 im Wesentlichen von dem exemplarischen Wärmetauschernetzwerk 20 gemäß 6A in der Anordnung bzw. thermischen Kopplung des mindestens einen externen Wärmeübertragers 5.
  • Insbesondere ist der mindestens eine externe Wärmeübertrager 5 zumindest teilweise mit dem ersten Wärmetauscherausflussabschnitt des Verdampfers 24 thermisch gekoppelt. Insbesondere ist hierbei der mindestens eine externe Wärmeübertrager 5 zumindest teilweise mit dem ersten Wärmetauscherausflussabschnitt des Verdampfers 24 zwischen dem Kältemittelwärmeübertrager 22 und dem Verdampfer 24 thermisch gekoppelt. Insbesondere ist der mindestens eine externe Wärmeübertrager 5 ferner zumindest teilweise mit dem zweiten Wärmetauschereinflussabschnitt des Verdampfers 24 thermisch gekoppelt. Insbesondere ist der mindestens eine externe Wärmeübertrager 5 ausgebildet, das zweite Kältemittel in dem zweiten Wärmetauschereinflussabschnitt des Verdampfers 24 zu unterkühlen und ein erstes Kältemittel in dem ersten Wärmetauscherausflussabschnitt des Verdampfers 24 zu überhitzen, indem Wärmeenergie von dem zweiten Kältemittel durch den mindestens einen externen Wärmeübertrager 5 an das erste Kältemittel übertragen wird. Der mindestens eine externe Wärmeübertrager 5 ist hierbei exemplarisch als umfassend mindestens eines Peltier-Elements dargestellt. In 6B sind hierbei beispielhaft die kalten Seiten und warmen Seiten des mindestens einen Peltier-Elements dargestellt.
  • 7A zeigt eine Querschnittsansicht eines exemplarischen externen Wärmeübertragers 5.
  • Insbesondere umfasst der externe Wärmeübertrager 5 mindestens einen ersten Strömungsabschnitt 5e, durch welchen das erste Kältemittel fließt. In dem gezeigten Beispiel umfasst der externe Wärmeübertrager 5 fünf erste Strömungsabschnitte 5e. Insbesondere kann der mindestens eine erste Strömungsabschnitt 5e zumindest teilweise, beispielsweise über einen entsprechenden Einfluss 5c und/oder einen entsprechenden Ausfluss 5d, an ein erstes Kältemittelnetzwerk bzw. an einen ersten Wärmetauschereinflussabschnitt und/oder einen ersten Wärmetauscherausflussabschnitt angeschlossen sein. Ferner kann der externe Wärmeübertrager 5 mindestens einen zweiten Strömungsabschnitt 5f umfassen, durch welchen das zweite Kältemittel fließt. In dem gezeigten Beispiel umfasst der externe Wärmeübertrager 5 insbesondere vier zweite Strömungsabschnitte 5f. Insbesondere kann der mindestens eine zweite Strömungsabschnitt 5f zumindest teilweise, beispielsweise über einen entsprechenden Einfluss und/oder einen entsprechenden Ausfluss, an ein zweites Kältemittelnetzwerk bzw. an einen zweiten Wärmetauschereinflussabschnitt und/oder einen zweiten Wärmetauscherausflussabschnitt angeschlossen sein. Der externe Wärmeübertrager 5 kann insbesondere eine Gleiche Anzahl von ersten Strömungsabschnitten 5e und zweiten Strömungsabschnitten 5f aufweisen, ist jedoch nicht hierauf beschränkt. Durch derartige gleiche Anzahl von ersten Strömungsabschnitten 5e und zweiten Strömungsabschnitten 5f kann beispielsweise ein Aufbau des externen Wärmeübertragers 5 vereinfacht und/oder kostengünstiger gestaltet werden. Durch eine ungleiche Anzahl von ersten Strömungsabschnitten 5e und zweiten Strömungsabschnitten 5f können beispielsweise thermische Eigenschaften des externen Wärmeübertragers 5 angepasst werden.
  • Der mindestens eine externe Wärmeübertrager 5 kann ferner mindestens eine Tauscheinheit 5b umfassen, welche beispielsweise ausgelegt ist, Wärmeenergie von einem oder mehr ersten Strömungsabschnitten 5e an einen oder mehr zweite Strömungsabschnitte 5f oder umgekehrt zu übertragen, wobei die mindestens eine Tauscheinheit 5b mindestens ein thermoelektrisches Element 5a umfasst. In dem gezeigten Beispiel umfasst jeder der Tauscheinheiten 5b des externen Wärmeübertragers 5 insbesondere zehn thermoelektrische Elemente 5a. Hierdurch kann insbesondere eine effiziente Operation des mindestens einen externen Wärmeübertragers ermöglicht werden.
  • In dem gezeigten Beispiel umfasst insbesondere jede Tauscheinheit 5b mindestens zwei in Reihe geschaltete thermoelektrische Elemente 5a, vorzugsweise mindestens zwei in Reihe geschaltete Peltier-Elemente. Durch das Anlegen einer Spannung an ein oder mehr thermoelektrische Elemente 5a kann eine Temperaturdifferenz durch das jeweilige thermoelektrische Element 5a bzw. Peltier-Element erzeugt werden. Durch den Stromfluss kann jedoch ein Wärmestrom auf der kalten Seite des Peltier-Elementes aufgenommen werden und auf das hohe Temperaturniveau der warmen Seite durch Zufuhr von elektrischer Leistung transferiert werden.
  • Insbesondere kann der mindestens eine externe Wärmeübertrager 5 zumindest zwei Tauscheinheiten 5b, in dem gezeigten Beispiel acht Tauscheinheiten 5b, aufweisen. Insbesondere sind die exemplarischen acht Tauscheinheiten 5b parallelgeschaltet. Hierdurch kann eine besonders raum-effiziente und/oder thermisch effiziente Anordnung der mindestens zwei Tauscheinheiten 5b ermöglicht werden.
  • Insbesondere können der mindestens eine erste Strömungsabschnitt 5e und der mindestens eine zweite Strömungsabschnitt 5f abwechselnd gestapelt angeordnet sein. Insbesondere kann somit kein erster Strömungsabschnitt 5e direkt benachbart zu einem weiteren ersten Strömungsabschnitt 5e angeordnet sein und/oder kein zweiter Strömungsabschnitt 5f direkt benachbart zu einem weiteren zweiten Strömungsabschnitt 5f angeordnet sein. Zwischen jeweils einem ersten bzw. zweiten Strömungsabschnitt 5e, 5f und einem benachbarten zweiten bzw. ersten Strömungsabschnitt 5e, 5f kann eine Tauscheinheit 5b angeordnet sein. Hierdurch kann eine besonders kompakte Konfiguration eines externen Wärmeübertragers 5 erreicht werden, wobei eine plattenartige Ausgestaltung des mindestens einen ersten Strömungsabschnitts 5e und/oder des mindestens einen zweiten Strömungsabschnitts 5f und/oder der mindestens einen Tauscheinheit 5b eine hohe Wärmeübertragungsoberfläche gewährleisten kann.
  • 7B und 7C zeigen Querschnittsansichten jeweils entlang der Schnittebenen A-A und B-B des externen Wärmeübertragers 5 gemäß 7A.
  • Hierbei wird insbesondere die plattenartige Ausgestaltung des mindestens einen ersten Strömungsabschnitts 5e und/oder des mindestens einen zweiten Strömungsabschnitts 5f und/oder der mindestens einen Tauscheinheit 5b dargestellt. Insbesondere können eine oder mehr der mindestens eine erste Strömungsabschnitt 5e und/oder der mindestens eine zweite Strömungsabschnitt 5f und/oder die mindestens eine Tauscheinheit 5b im Wesentlichen plattenartig ausgebildet sein. Insbesondere kann hierdurch eine besonders große gesamte Wärmeübertragungsfläche zwischen dem mindestens einen ersten Strömungsabschnitt 5e und/oder dem mindestens einen zweiten Strömungsabschnitt 5f und/oder der mindestens einen Tauscheinheit 5b ermöglicht werden.
  • 8 bis 15 betreffen eine Simulation eines exemplarischen Kompressionszyklus' gemäß 3A, welche insbesondere mit der Software Engineering Equation Solver (EES) durchgeführt wurde.
  • Hierbei kann insbesondere die folgende Nomenklatur verwendet werden:
    • α - Verhältnis von Enthalpieunterschieden
    • COP - Leistungszahl
    • cp - spezifische isobarische Wärmekapazität [kJ * kg-1 * K-1]
    • Δϑ - Temperaturunterschied [K]
    • EER - Energie - Effizienz - Verhältnis
    • h - spezifische Enthalpie [kJ * kg-1]
    • i - Zählindex
    • η - Effizienzfaktor
    • kA - Gesamte Wärmeübertragungskapazität [W * K-1]
    • Ṁ - Massenstrom [kg * s-1]
    • n - Gesamtzahl von in Serie verbundenen thermoelek. Elementen
    • p - Druck [bar]
    • P - Leistung [W]
    • Q̇ - Wärmefluß [kW] s - spezifische Entropie [kJ * kg-1 * K-1]
    • T - absolute Temperatur [K]
    • ϑ - Temperatur [°C]
    • X - Dampfqualität [kg * kg-1]
    • Z - Gütezahl
  • Einzahlige Indizes beispielsweise der Enthalpie hi oder der Temperatur ϑi können insbesondere auf eine bestimmte Position innerhalb des Kompressionszyklus verweisen. Der Index 1 verweist auf den Zustand, insbesondere Kältemittelzustand, vor dem Kompressor, der Index 2 verweist auf den Zustand zwischen dem Kompressor und dem Kondensator, der Index 3 verweist auf den Zustand zwischen dem Kondensator und dem externen Wärmeübertrager, der Index 4 verweist auf den Zustand vor dem Kältemittelwärmeübertrager, der Index 5 verweist auf den Zustand zwischen dem Kältemittelwärmeübertrager und dem Drosselventil, der Index 6 verweist auf den Zustand zwischen dem Drosselventil und dem Verdampfer und der Index 7 verweist auf den Zustand nach dem Verdampfer.
  • Ein externer Wärmeübertrager kann insbesondere in Kombination mit jeder Wärmepumpe und/oder jedem Kühler, welche ein Kältmittel verwenden, verwendet werden. Allerdings kann der Effizienz-steigernde Effekt sowie die maximale Steigerung der Wärmeflusses am Verdampfer Q̇evap stark abhängig von dem Kältemittel sein, welches in dem Kompressionskühler oder in der Kompressionswärmepumpe verwendet wird.
  • Eine Bedingung für eine effiziente Operation eines Kompressionssystems in Kombination mit einem externen Wärmeübertrager kann insbesondere eine hohe spezifische isobarische Wärmekapazität cp eines flüssigen Kältemittels sein.
  • 8 zeigt einen exemplarischen Vergleich des Enthalpieverhältnisses α für verschiedene Kältemittel und einer Variation der internen Kondensatorausflusstemperatur. Je höher das Enthalpieverhältnis α ist, desto niedriger kann eine Temperaturreduktion des Kältemittels innerhalb des externen Wärmeübertragers sein. Aufgrund eines geringeren Temperaturhubs des externen Wärmeübertragers können die Effizienzen EERTeHP und COPTeHP höher sein. Daher kann eine Kombination eines externen Wärmeübertragers mit einer Kompressionswärmepumpe oder einem Kompressionskühler umso besser sein, je höher das Enthalpieverhältnis a ist.
  • Wie in 8 gezeigt, kann für die meisten gezeigten Kältemittel das Verhältnis der Enthalpieunterschiede zumindest a > 0,10 sein. Dieser zusätzliche Enthalpieunterschied des unterkühlten Fluids kann verwendet werden, um die externe Heizleistung des externen Wärmeübertragers Q̇ext,TeHP bei verbesserter Effizienz zu erhöhen.
  • Der Effekt des externen Wärmeübertragers auf den Kompressionswärmepumpenprozess ist beispielhaft in 9 in einem log(p), h-Diagramm mit Propan als Kältemittel visualisiert. Insbesondere aufgrund der niedrigeren externen Kondensatorausflusstemperatur ϑext,cond,out kann die Leistungszahl eines Systems mit einem externen Wärmeübertrager gegenüber einem System ohne externen Wärmeübertrager verbessert bzw. erhöht werden.
  • Durch Unterkühlen des Kältemittels bei hoher Temperatur und hohem Druck kann ein zusätzlicher Wärmestrom von dem Kältemittel extrahiert werden. Bei niedrigem Druck der Kompressionswärmepumpe verursacht die Enthalpiedifferenz bzw. der Enthalpieunterschied Δhref,TeHP eine Reduktion der Dampfqualität X6. Dadurch erhöht sich die nutzbare Enthalpiedifferenz Δhref,evap = h7 - h6 an dem Verdampfer. Daher kann der Wärmestrom Q̇evap am Verdampfer bei gleichbleibenden Massestrom erhöht werden. Zusätzlich zu dem externen Wärmeübertrager kann auch der Kältemittelwärmeübertrager KMWÜ zur internen Wärmerückgewinnung verwendet werden. Die durch den externen Wärmeübertrager extrahierte Enthalpiedifferenz Δhref,TeHP reduziert die nutzbare Enthalpiedifferenz, d.h. ΔhKMWÜ = h4 - h5 = h1 - h7 für eine interne Wärmerückgewinnung durch den KMWÜ. Dieser Effekt kann zur Regelung bzw. Steuerung der Kompressoreinflusstemperatur ϑ1 bzw. Sauggastemperatur des Kompressors und somit zur Begrenzung der maximalen Kompressorausflusstemperatur ϑ2 verwendet werden.
  • 10 zeigt ein Temperaturprofil und einer Leistungszahl eines exemplarischen externen Wärmeübertragers. Die Fluidtemperatur sowie die Temperatur der thermoelektrischen Elemente ist hierbei insbesondere gegen die Anzahl von in Reihe geschalteten thermoelektrischen Elementen i dargestellt.
  • 11 zeigt eine Optimierungsberechnung für einen beispielhaften externen Wärmeübertrager. Insbesondere kann, aufgrund eines niedrigen Temperaturhubs, eine Effizienz des externen Wärmeübertragers über der des eigentlichen Kompressionsprozesses liegen. Mit einem ansteigenden externen Wärmestrom des externen Wärmeübertragers steigt jedoch auch der Temperaturhub. Somit kann insbesondere ein optimaler Wert des externen Wärmestroms des externen Wärmeübertragers berechnet werden, bei dem die Gesamteffizienz des Prozesses maximal wird.
  • 12 zeigt eine beispielhafte Berechnung eines optimalen Leistungskoeffizienten COP in Beziehung zu einer variablen externen Ausflusstemperatur des Verdampfers.
  • 13 zeigt eine beispielhafte Berechnung eines optimalen Leistungskoeffizienten COP in Beziehung zu einer variablen maximal erlaubten Kompressorausflusstemperatur. Insbesondere kann hierbei gesehen werden, dass durch eine Verwendung eines externen Wärmeübertragers ein KMWÜ mit höherer Effizienz in der Designphase eines Wärmetauschernetzwerks implementiert werden kann.
  • 14 zeigt eine Leistungszahl COP des gesamten Prozesses durch eine Variation der KMWÜ-Effizienz für eine begrenzte Kompressorausflusstemperatur vs. die externe Einflusstemperatur des Kondensators und der externen Ausflusstemperatur des externen Wärmeübertragers.
  • 15 zeigt eine beispielhafte Berechnung eines Leistungskoeffizienten für eine Kompressionswärmepumpe in einem bivalenten Betriebsmodus, wobei eine Kompressionswärmepumpe mit einem externen Wärmeübertrager und eine Kompressionswärmepumpe mit einer elektrischen Nachheizung verglichen werden kann. Insbesondere kann eine Implementierung eines externen Wärmeübertragers ein Vorsehen einer elektrischen Nachheizung, insbesondere für einen bivalenten Betriebsmodus einer Kompressionswärmepumpe, unnötig machen.
  • Das mindestens eine thermoelektrische Element kann insbesondere zumindest teilweise aus kommerziell erhältlichen Materialpaaren, z.B. Bismut-tellurid, ausgebildet sein.
  • Die Offenbarung ist ferner nicht auf ein bestimmtes Kältemittel beschränkt. Allerdings kann das Kältemittel vorzugsweise eine hohe spezifische Wärmekapazität des flüssigen Kältemittels im Vergleich zu einer Verdampfungswärme bei hohem Druck aufweisen.
  • Die in den Figuren dargestellten und oben beschrieben Werte und Wertebereiche, insbesondere Temperaturen, Leistungen, Energien, etc. sind beispielhaft für ein oder mehrere exemplarische Ausführungsformen. Die Erfindung ist nicht auf diese Werte und/oder Wertebereiche beschränkt, sondern je nach Anwendung bei/für andere Werte und/oder Wertebereiche einsetzbar.
  • Die Erfindung ist insbesondere nicht auf die explizit in dieser Offenbarung beschriebenen und/oder gezeigten exemplarischen Ausführungsformen beschränkt. Vielmehr kann ein Wärmetauscher, ein Wärmetauschernetzwerk und ein Wärmetauschverfahren eine beliebige Kombination der hierin beschriebenen und/oder gezeigten Merkmale aufweisen.
  • Bezugszeichenliste
    • K1
    Verdampfer
    K2
    Kältemittelwärmeübertrager
    K3
    Kompressor
    K4
    Kondensator
    K5
    Drossel- bzw. Expansionsventil
    1
    Wärmetauscher
    E1
    Erster Wärmetauschereinflussabschnitt
    E2
    Zweiter Wärmetauschereinflussabschnitt
    A1
    Erster Wärmetauscherausflussabschnitt
    A2
    Zweiter Wärmetauscherausflussabschnitt
    5
    Externer Wärmeübertrager
    10
    Wärmetauschabschnitt
    20
    Wärmetauschernetzwerk
    21
    Kondensator
    22
    Kältemittelwärmeübertrager
    23
    Drossel- bzw. Expansionsventil
    24
    Verdampfer
    25
    Kompressor
    5a
    Thermoelektrisches Element
    5b
    Tauscheinheit
    5c
    Einlass
    5d
    Auslass
    5e
    Erster Strömungsabschnitt
    5f
    Zweiter Strömungsabschnitt

Claims (19)

  1. Wärmetauscher (1), umfassend: einen ersten Kältemittelnetzwerkabschnitt, durch welchen ein erstes Kältemittel fließt, wobei der erste Kältemittelnetzwerkabschnitt einen ersten Wärmetauschereinflussabschnitt (E1) und einen ersten Wärmetauscherausflussabschnitt (A1) aufweist; einen zweiten Kältemittelnetzwerkabschnitt, durch welchen ein zweites Kältemittel fließt, wobei der zweite Kältemittelnetzwerkabschnitt einen zweiten Wärmetauschereinflussabschnitt (E2) und einen zweiten Wärmetauscherausflussabschnitt (A2) aufweist, wobei der Wärmetauscher (1) ausgelegt ist, in einem Wärmetauschabschnitt (10) Wärmeenergie zwischen dem ersten Kältemittelnetzwerkabschnitt und dem zweiten Kältemittelnetzwerkabschnitt zu übertragen; und mindestens einen externen Wärmeübertrager (5), wobei jeder externe Wärmeübertrager (5) zumindest teilweise thermisch mit dem ersten Wärmetauschereinflussabschnitt (E1) oder dem ersten Wärmetauscherausflussabschnitt (A1) gekoppelt ist, wobei jeder externe Wärmeübertrager (5) ferner zumindest teilweise thermisch mit dem zweiten Wärmetauschereinflussabschnitt (E2) oder dem zweiten Wärmetauscherausflussabschnitt (A2) gekoppelt ist, wobei jeder externe Wärmeübertrager (5) ausgebildet ist, Wärmeenergie zwischen dem ersten Kältemittelnetzwerkabschnitt und dem zweiten Kältemittelnetzwerkabschnitt zu übertragen.
  2. Der Wärmetauscher (1) gemäß Anspruch 1, wobei der mindestens eine externe Wärmeübertrager (5) mindestens ein thermoelektrisches Element (5a), bevorzugt mindestens ein Peltier-Element, aufweist.
  3. Der Wärmetauscher (1) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der Wärmetauscher (1) als ein Kondensator (21) ausgebildet ist, wobei der mindestens eine externe Wärmeübertrager (5) zumindest teilweise mit dem ersten Wärmetauscherausflussabschnitt (A1) thermisch gekoppelt ist, wobei der mindestens eine externe Wärmeübertrager (5) ferner zumindest teilweise mit dem zweiten Wärmetauscherausflussabschnitt (A2) thermisch gekoppelt ist, wobei der mindestens eine externe Wärmeübertrager (5) ausgebildet ist, Wärmeenergie von dem ersten Kältemittelnetzwerkabschnitt an den zweiten Kältemittelnetzwerkabschnitt zu übertragen.
  4. Der Wärmetauscher (1) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der Wärmetauscher (1) als ein Kondensator (21) ausgebildet ist, wobei der mindestens eine externe Wärmeübertrager (5) zumindest teilweise mit dem ersten Wärmetauscherausflussabschnitt (A1) thermisch gekoppelt ist, wobei der mindestens eine externe Wärmeübertrager (5) ferner zumindest teilweise mit dem zweiten Wärmetauschereinflussabschnitt (E2) thermisch gekoppelt ist, wobei der mindestens eine externe Wärmeübertrager (5) ausgebildet ist, Wärmeenergie von dem ersten Kältemittelnetzwerkabschnitt an den zweiten Kältemittelnetzwerkabschnitt zu übertragen.
  5. Der Wärmetauscher (1) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der Wärmetauscher (1) als ein Verdampfer (24) ausgebildet ist, wobei der mindestens eine externe Wärmeübertrager (5) zumindest teilweise mit dem zweiten Wärmetauscherausflussabschnitt (A2) thermisch gekoppelt ist, wobei der mindestens eine externe Wärmeübertrager (5) zumindest teilweise mit dem ersten Wärmetauscherausflussabschnitt (A1) thermisch gekoppelt ist, wobei der mindestens eine externe Wärmeübertrager (5) ausgebildet ist, Wärmeenergie von dem zweiten Kältemittelnetzwerkabschnitt an den ersten Kältemittelnetzwerkabschnitt zu übertragen.
  6. Der Wärmetauscher (1) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der Wärmetauscher (1) als ein Verdampfer (24) ausgebildet ist, wobei der mindestens eine externe Wärmeübertrager (5) zumindest teilweise mit dem ersten Wärmetauschereinflussabschnitt (E1) thermisch gekoppelt ist, wobei zwischen dem mindestens einen externen Wärmeübertrager (5) und dem Wärmetauschabschnitt (10) ein Drosselventil (23) angeordnet ist, wobei der mindestens eine externe Wärmeübertrager (5) zumindest teilweise mit dem zweiten Wärmetauschereinflussabschnitt (E2) thermisch gekoppelt ist, wobei der mindestens eine externe Wärmeübertrager (5) ausgebildet ist, Wärmeenergie von dem ersten Kältemittelnetzwerkabschnitt an den zweiten Kältemittelnetzwerkabschnitt zu übertragen.
  7. Der Wärmetauscher (1) gemäß Anspruch 6, wobei das Drosselventil (23) ausgelegt ist, einen Druck des ersten Kältemittels vor dem Wärmetauschabschnitt (10) zu senken.
  8. Der Wärmetauscher (1) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der Wärmetauscher (1) als ein Kondensator (21) ausgebildet ist, wobei der erste Kältemittelnetzwerkabschnitt einen Kältemittelwärmeübertrager (22) aufweist, welcher zumindest teilweise mit dem ersten Wärmetauscherausflussabschnitt (A1) und zumindest teilweise mit dem ersten Wärmetauschereinflussabschnitt (E1) thermisch gekoppelt ist, wobei der Kältemittelwärmeübertrager (22) ausgelegt ist, Wärmeenergie von dem ersten Wärmetauscherausflussabschnitt (A1) an den ersten Wärmetauschereinflussabschnitt (E1) zu übertragen, wobei der mindestens eine externe Wärmeübertrager (5) zumindest teilweise mit dem ersten Wärmetauscherausflussabschnitt (A1) thermisch gekoppelt ist, wobei der Kältemittelwärmeübertrager (22) zumindest teilweise zwischen dem Wärmetauschabschnitt (10) und dem mindestens einen externen Wärmeübertrager (5) angeordnet ist, wobei der mindestens eine externe Wärmeübertrager (5) ferner zumindest teilweise mit dem zweiten Wärmetauscherausflussabschnitt (A2) thermisch gekoppelt ist, wobei der mindestens eine externe Wärmeübertrager (5) ausgebildet ist, Wärmeenergie von dem ersten Kältemittelnetzwerkabschnitt an den zweiten Kältemittelnetzwerkabschnitt zu übertragen.
  9. Der Wärmetauscher (1) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der Wärmetauscher (1) als ein Verdampfer (24) ausgebildet ist, wobei der mindestens eine externe Wärmeübertrager (5) zumindest teilweise mit dem ersten Wärmetauscherausflussabschnitt (A1) thermisch gekoppelt ist, wobei der mindestens eine externe Wärmeübertrager (5) ferner zumindest teilweise mit dem zweiten Wärmetauschereinflussabschnitt (E2) thermisch gekoppelt ist, wobei der mindestens eine externe Wärmeübertrager (5) ausgebildet ist, Wärmeenergie von dem zweiten Kältemittelnetzwerkabschnitt an den ersten Kältemittelnetzwerkabschnitt zu übertragen.
  10. Der Wärmetauscher (1) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der mindestens eine externe Wärmeübertrager (5) umfasst: mindestens einen ersten Strömungsabschnitt (5e), durch welchen das erste Kältemittel fließt; mindestens einen zweiten Strömungsabschnitt (5f) durch welchen das zweite Kältemittel fließt; und mindestens eine Tauscheinheit (5b), welche ausgelegt ist, Wärmeenergie von einem oder mehr ersten Strömungsabschnitten (5e) an einen oder mehr zweite Strömungsabschnitte (5f) oder umgekehrt zu übertragen, wobei die mindestens eine Tauscheinheit (5b) mindestens ein thermoelektrisches Element (5a) umfasst.
  11. Der Wärmetauscher (1) gemäß Anspruch 10, wobei jede Tauscheinheit (5b) mindestens zwei in Reihe geschaltete thermoelektrische Elemente (5a) aufweist.
  12. Der Wärmetauscher (1) gemäß Anspruch 11, wobei jede Tauscheinheit (5b) mindestens drei, bevorzugt mindestens fünf, weiter bevorzugt mindestens acht Peltier-Elemente aufweist; und/oder wobei jede Tauscheinheit (5b) maximal 20, bevorzugt maximal 15, weiter bevorzugt maximal 12 Peltier-Elemente aufweist.
  13. Der Wärmetauscher (1) gemäß einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei der mindestens eine externe Wärmeübertrager (5) zumindest zwei Tauscheinheiten (5b) aufweist, und, optional, wobei die zumindest zwei Tauscheinheiten (5b) parallel geschaltet sind.
  14. Der Wärmetauscher (1) gemäß einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei der mindestens eine erste Strömungsabschnitt (5e) und/oder der mindestens eine zweite Strömungsabschnitt (5f) und/oder die mindestens eine Tauscheinheit (5b) im Wesentlichen plattenartig ausgebildet sind.
  15. Ein Wärmetauschernetzwerk (20), umfassend: ein erstes Kältemittelnetzwerk durch welches ein erstes Kältemittel fließt; und mindestens zwei Wärmetauscher (1), wobei einer oder mehr der mindestens zwei Wärmetauscher (1) als ein Wärmetauscher (1) gemäß Ansprüchen 1 bis 14 ausgebildet sind.
  16. Das Wärmetauschernetzwerk (20) gemäß Anspruch 15, wobei das erste Kältemittelnetzwerk jeden ersten Kältemittelnetzwerkabschnitt umfasst.
  17. Ein Wärmetauschernetzwerk (20), umfassend: ein Kältemittel, welches durch das Wärmetauschernetzwerk (20) zirkuliert; einen Verdampfer (24), welcher ausgelegt ist, Wärmeenergie an das Kältemittel zu übertragen; einen Kondensator (21) welcher ausgelegt ist, Wärmeenergie dem Kältemittel zu entziehen; einen ersten Netzwerkarm, der einen Verdampferausfluss mit einem Kondensatoreinfluss verbindet; einen zweiten Netzwerkarm, der einen Kondensatorausfluss mit einem Verdampfereinfluss verbindet; ein Drosselventil (23), welches in dem zweiten Netzwerkarm ausgebildet ist, wobei das Drosselventil (23) ausgelegt ist, um einen Druck des Kältemittels zu reduzieren; ein Kompressor (25), welcher in dem ersten Netzwerkarm ausgebildet ist, wobei der Kompressor (25) ausgelegt ist, den Druck des Kältemittels zu erhöhen; und mindestens ein externer Wärmeübertrager (5), wobei der mindestens eine externe Wärmeübertrager (5) ausgelegt ist, dem Kältemittel Wärmeenergie zu entziehen, zumindest einen Kältemittelwärmeübertrager (22), wobei der zumindest eine Kältemittelwärmeübertrager (22) zumindest teilweise mit dem zweiten Netzwerkarm zwischen dem Kondensatorausfluss und dem Drosselventil (23) thermisch gekoppelt ist, wobei der zumindest eine Kältemittelwärmeübertrager (22) zumindest teilweise mit dem ersten Netzwerkarm zwischen dem Kompressor (25) und dem Verdampferausfluss thermisch gekoppelt ist, wobei der mindestens eine externe Wärmeübertrager (5) zumindest teilweise mit dem Kältemittel an dem zweiten Netzwerkarm zwischen dem Kondensator (21) und dem Kältemittelwärmeübertrager (22) thermisch gekoppelt ist.
  18. Wärmetauschverfahren, umfassend: Bereitstellen eines ersten Kältemittelnetzwerkabschnitts, durch welchen ein erstes Kältemittel fließt, wobei der erste Kältemittelnetzwerkabschnitt einen ersten Wärmetauschereinflussabschnitt (E1) und einen ersten Wärmetauscherausflussabschnitt (A1) aufweist; Bereitstellen eines zweiten Kältemittelnetzwerkabschnitt, durch welchen ein zweites Kältemittel fließt, wobei der zweite Kältemittelnetzwerkabschnitt einen zweiten Wärmetauschereinflussabschnitt (E2) und einen zweiten Wärmetauscherausflussabschnitt (A2) aufweist, wobei ein Wärmetauscher (1) konfiguriert ist, in einem Wärmetauschabschnitt (10) Wärmeenergie zwischen dem ersten Kältemittelnetzwerkabschnitt und dem zweiten Kältemittelnetzwerkabschnitt in einem Wärmetauschabschnitt (10) zu übertragen; zumindest teilweises thermisches Koppeln mindestens eines externen Wärmeübertragers mit dem ersten Wärmetauschereinflussabschnitt (E1) oder dem ersten Wärmetauscherausflussabschnitt (A1); zumindest teilweises thermisches Koppeln des mindestens einen externen Wärmeübertragers (5) mit dem zweiten Wärmetauschereinflussabschnitt (E2) oder dem zweiten Wärmetauscherausflussabschnitt (A2); Übertragen von Wärmeenergie zwischen dem ersten Kältemittelnetzwerkabschnitt und dem zweiten Kältemittelnetzwerkabschnitt in dem Wärmetauschabschnitt (10); und Weiteres Übertragen von Wärmeenergie durch den mindestens einen externen Wärmeübertrager (5) zwischen dem ersten Kältemittelnetzwerkabschnitt und dem zweiten Kältemittelnetzwerkabschnitt in einem Wärmetauschabschnitt (10).
  19. Wärmetauschverfahren, umfassend: Bereitstellen eines Wärmetauschernetzwerks (20), umfassend: ein Kältemittel, welches durch das Wärmetauschernetzwerk (20) zirkulierbar ist; einen Verdampfer (24), welcher ausgelegt ist, Wärmeenergie an das Kältemittel zu übertragen; einen Kondensator (21) welcher ausgelegt ist, Wärmeenergie dem Kältemittel zu entziehen; einen ersten Netzwerkarm, der einen Verdampferausfluss mit einem Kondensatoreinfluss verbindet; einen zweiten Netzwerkarm, der einen Kondensatorausfluss mit einem Verdampfereinfluss verbindet; ein Drosselventil (23), welches in dem zweiten Netzwerkarm ausgebildet ist, wobei das Drosselventil (23) ausgelegt ist, um einen Druck des Kältemittels zu reduzieren; ein Kompressor (25), welcher in dem ersten Netzwerkarm ausgebildet ist, wobei der Kompressor (25) ausgelegt ist, den Druck des Kältemittels zu erhöhen; und mindestens ein externer Wärmeübertrager (5), wobei der mindestens eine externe Wärmeübertrager (5) ausgelegt ist, dem Kältemittel Wärmeenergie zu entziehen, zumindest einen Kältemittelwärmeübertrager (22), wobei der zumindest eine Kältemittelwärmeübertrager (22) zumindest teilweise mit dem zweiten Netzwerkarm zwischen dem Kondensatorausfluss und dem Drosselventil (23) thermisch gekoppelt ist, wobei der zumindest eine Kältemittelwärmeübertrager (22) zumindest teilweise mit dem ersten Netzwerkarm zwischen dem Kompressor (25) und dem Verdampferausfluss thermisch gekoppelt ist, wobei der mindestens eine externe Wärmeübertrager (5) zumindest teilweise mit dem Kältemittel an dem zweiten Netzwerkarm zwischen dem Kondensator (21) und dem Kältemittelwärmeübertrager (22) thermisch gekoppelt ist; und Regeln einer Sauggastemperatur des Kompressors (25), wobei das Regeln der Sauggastemperatur ein Regeln einer Kühlleistung des mindestens einen externen Wärmeübertragers (5) umfasst.
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