DE102021115560A1

DE102021115560A1 - Wärmeübertragungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102021115560A1
Application number: DE102021115560.6A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Hafner
Original assignee: Viessmann Climate Solutions SE
Current assignee: Viessmann Climate Solutions SE
Priority date: 2021-06-16
Filing date: 2021-06-16
Publication date: 2022-12-22
Also published as: EP4356060A1; WO2022262901A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Wärmeübertragungsvorrichtung, umfassend einen von einem Wärmeübertragungsmedium durchströmten Wärmeübertrager (1), einen ersten Zentralanschluss (1.1) zur Zu- oder Abführung des Wärmeübertragungsmediums zum oder vom Wärmeübertrager (1), einen zweiten Zentralanschluss (1.2) zur Ab- oder Zuführung des Wärmeübertragungsmediums vom oder zum Wärmeübertrager (1) und mehrere, den Wärmeübertrager (1) bildende, einerseits mit dem ersten und andererseits mit dem zweiten Zentralanschluss (1.1, 1.2) hydraulisch verbundene und vom Wärmeübertragungsmedium durchströmte Wärmeübertragungskanäle (1.3). Nach der Erfindung ist nach einer Lösung vorgesehen, dass wahlweise zwischen dem ersten und/oder zweiten Zentralanschluss (1.1, 1.2) und den Wärmeübertragungskanälen (1.3) zwei alternativ durchströmbare und Strömungswiderstände aufweisende verursachende Strömungspfade (1.10, 1.20) vorgesehen sind. Nach einer anderen erfindungsgemäßen Lösung ist an jedem Wärmeübertragungskanal (1.3) eine je nach Strömungsrichtung des Wärmeübertragungsmediums einen unterschiedlichen Strömungswiderstand verursachende Strömungseinrichtung (2) vorgesehen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Wärmeübertragungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und 15.
Eine Wärmeübertragungsvorrichtung der eingangs genannten Art ist allgemein bekannt, so dass es diesbezüglich keines besonderen druckschriftlichen Nachweises bedarf. Eine solche Wärmeübertragungsvorrichtung besteht aus einem von einem Wärmeübertragungsmedium durchströmten Wärmeübertrager, einem ersten Zentralanschluss zur Zu- oder Abführung des Wärmeübertragungsmediums zum oder vom Wärmeübertrager, einem zweiten Zentralanschluss zur Ab- oder Zuführung des Wärmeübertragungsmediums vom oder zum Wärmeübertrager und mehreren, den Wärmeübertrager bildenden, einerseits mit dem ersten und andererseits mit dem zweiten Zentralanschluss hydraulisch verbundenen und vom Wärmeübertragungsmedium durchströmten Wärmeübertragungskanälen. Ein typisches Beispiel für eine solche Wärmeübertragungsvorrichtung ist ein sogenannter Plattenwärmeübertrager (siehe auch https://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Plattenw%C3%A 4rme%C3%BCbertrager&oldid=208597733) oder auch ein sogenannter Lamellenrohrwärmeübertrager. Auf beide wird weiter unten noch genauer eingegangen. Der verwendete Begriff „Wärmeübertragungskanäle“ umfasst dabei stets, wie ersichtlich, auch Rohre.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Wärmeübertragungsvorrichtung der eingangs genannten Art zu verbessern. Insbesondere soll eine besonders gut für den Wärmepumpenbetrieb geeignete Wärmeübertragungsvorrichtung geschaffen werden. Noch genauer betrachtet, soll eine sowohl im Heiz- als auch im Kühlbetrieb gleichermaßen gut arbeitende Wärmeübertragungsvorrichtung bereit gestellt werden.
Diese Aufgabe ist zum einen, nach einer ersten Lösung, mit einer Wärmeübertragungsvorrichtung der eingangs genannten Art durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 aufgeführten Merkmale gelöst.
Nach der Erfindung ist also vorgesehen, dass wahlweise zwischen dem ersten und/oder zweiten Zentralanschluss und den Wärmeübertragungskanälen zwei alternativ durchströmbare und unterschiedliche Strömungswiderstände aufweisende Strömungspfade vorgesehen sind.
Die obige Maßgabe „und/oder“ in Bezug auf die beiden Zentralanschlüsse umfasst dabei auch die Möglichkeit, dass beidseitig des Wärmeübertragers jeweils zwei Strömungspfade vorgesehen sind.
Die Maßgabe „alternativ durchströmbar“ bedeutet dabei, dass entweder der eine oder der andere Strömungspfad, aber nicht beide gleichzeitig durchströmbar ausgebildet sind, was, worauf weiter unten noch genauer eingegangen wird, zum Beispiel über entsprechende Ventile, insbesondere Rückschlagventile, realisiert sein kann.
Die Maßgabe, dass die Strömungspfade unterschiedliche Strömungswiderstände aufweisen bzw. unterschiedliche Druckverluste verursachen, kann dabei, worauf ebenfalls noch genauer eingegangen werden wird, zum Beispiel dadurch realisiert sein, dass die Pfade unterschiedlich lang oder mit einem unterschiedlichen Strömungsquerschnitt ausgebildet sind.
Mit anderen Worten zeichnet sich diese erfindungsgemäße Wärmeübertragungsvorrichtung somit dadurch aus, dass diese zwei Strömungspfade mit unterschiedlichen Strömungswiderständen aufweist, und zwar zum Beispiel bevorzugt so, dass die Wärmeübertragungsvorrichtung je nach Durchströmungsrichtung der Strömung einen unterschiedlichen Widerstand entgegen setzt. Dieser Ansatz, bei dem es auch darum geht, das Wärmeübertragungsmedium möglichst gleichmäßig auf die einzelnen Strömungspfade bzw. Wärmeübertragungskanäle zu verteilen, führt dabei insbesondere bei einer sowohl im Heiz- als auch im Kühlbetrieb arbeitenden Wärmepumpenvorrichtung zu einer verbesserten Effizienz.
Die oben genannte Aufgabe ist zum anderen, nach einer zweiten Lösung, mit einer Wärmeübertragungsvorrichtung der eingangs genannten Art durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 15 aufgeführten Merkmale gelöst.
Nach der Erfindung ist also vorgesehen, dass an jedem Strömungskanal eine je nach Strömungsrichtung des Wärmeübertragungsmediums einen unterschiedlichen Strömungswiderstand verursachende Strömungseinrichtung vorgesehen ist.
Mit anderen Worten zeichnet sich diese erfindungsgemäße Wärmeübertragungsvorrichtung somit dadurch aus, dass die Strömungskanäle jeweils mit einer Strömungseinrichtung versehen sind, die in der einen Strömungsrichtung einen anderen Strömungswiderstand verursacht als in der anderen Strömungsrichtung des Wärmeträgermedium.
Andere vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Wärmeübertragungsvorrichtung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.
Die erfindungsgemäße Wärmeübertragungsvorrichtung einschließlich ihrer vorteilhaften Weiterbildungen gemäß der abhängigen Patentansprüche wird nachfolgend anhand der zeichnerischen Darstellung verschiedener Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Es zeigt schematisch

1 ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Wärmeübertragungsvorrichtung (gemäß der ersten Lösung);
2 ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Wärmeübertragungsvorrichtung (gemäß der ersten Lösung);
3 einen ersten Wärmepumpenschaltplan (Kältekreislauf) zum Einsatz der erfindungsgemäßen Wärmeübertragungsvorrichtungen gemäß 1 und 2 (gemäß der ersten Lösung);
4 einen zweiten Wärmepumpenschaltplan zum Einsatz einer Wärmeübertragungsvorrichtung im (abgewandelten) Sinne von 5 (gemäß der ersten Lösung);
5 ein drittes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Wärmeübertragungsvorrichtung (gemäß der ersten Lösung);
6 ein viertes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Wärmeübertragungsvorrichtung (gemäß der zweiten Lösung);
7 die Strömungseinrichtung gemäß 6 bei einer Durchströmung von rechts nach links; und
8 die Strömungseinrichtung gemäß 6 bei einer Durchströmung von links nach rechts.

Die in den Figuren dargestellten Wärmeübertragungsvorrichtungen bestehen zunächst alle aus einem von einem Wärmeübertragungsmedium, also einem je nach den herrschenden Bedingungen gasförmigen oder flüssigen Fluid, durchströmten Wärmeübertrager 1, einem ersten Zentralanschluss 1.1 zur Zu- oder Abführung des Wärmeübertragungsmediums zum oder vom Wärmeübertrager 1, einem zweiten Zentralanschluss 1.2 zur Ab- oder Zuführung des Wärmeübertragungsmediums vom oder zum Wärmeübertrager 1 und mehreren, den Wärmeübertrager 1 bildenden, einerseits mit dem ersten und andererseits mit dem zweiten Zentralanschluss 1.1, 1.2 hydraulisch verbundenen und vom Wärmeübertragungsmedium durchströmten Wärmeübertragungskanälen 1.3.
Wesentlich für eine solche Wärmeübertragungsvorrichtung ist nun nach der ersten, in den 1 bis 5 dargestellten Lösung, dass wahlweise zwischen dem ersten und/oder zweiten Zentralanschluss 1.1, 1.2 und den Wärmeübertragungskanälen 1.3 zwei alternativ durchströmbare und unterschiedliche Strömungswiderstände aufweisende bzw. unterschiedliche Druckverluste verursachende Strömungspfade 1.10, 1.20 vorgesehen sind.
Besonders bevorzugt ist dabei verfahrensmäßig ausgedrückt, dass beim Betrieb der Wärmeübertragungsvorrichtung wahlweise der eine Strömungspfad 1.10 oder der andere Strömungspfad 1.20 vom Wärmeübertragungsmedium durchströmt wird. Es kann dabei zwar sein, dass sich gleichzeitig in beiden Strömungspfaden 1.10, 1.20 Wärmeübertragungsmedium befindet, es ist aber (hierauf wird weiter unten noch genauer eingegangen) gewährleistet, dass nur in einem der beiden Strömungspfade 1.10, 1.20 tatsächlich eine (relevante) Strömung vorhanden ist bzw. stattfindet.
Besonders bevorzugt ist dabei vorgesehen, dass im Heizbetrieb derjenige Strömungspfad 1.10, 1.20 mit dem geringeren Strömungswiderstand vom Wärmeübertragungsmedium durchströmt wird. Umgekehrt ist entsprechend bevorzugt vorgesehen, dass im Kühlbetrieb derjenige Strömungspfad 1.10, 1.20 mit dem größeren Strömungswiderstand vom Wärmeübertragungsmedium durchströmt wird. Wie aus den 1 bis 5 ersichtlich, ist dabei außerdem bevorzugt vorgesehen, dass die Strömungspfade 1.10, 1.20 nur auf einer Seite des Wärmeübertragers 1 angeordnet sind und dass im Heizbetrieb zuerst einer der Strömungspfade 1.10, 1.20 und dann der Wärmeübertrager 1 und im Kühlbetrieb zuerst der Wärmeübertrager 1 und dann einer der Strömungspfade 1.10, 1.20 durchströmt werden.
Zur Erzeugung der besagten unterschiedlichen Strömungswiderstände ist dabei nach einer ersten Option bevorzugt vorgesehen, dass die Strömungspfade 1.10, 1.20 unterschiedlich lang ausgebildet sind. Diese Option ist insbesondere bei den Ausführungsbeispielen gemäß 1 und 2 realisiert.
Als zweite Option, die auch durchaus mit der ersten kombinierbar ist, ist bevorzugt vorgesehen, dass die Strömungspfade 1.10, 1.20 unterschiedliche Strömungsquerschnitte aufweisen. Diese Option ist insbesondere beim Ausführungsbeispiel gemäß 5 realisiert.
Wie insbesondere aus den 3 und 4 ersichtlich, aber auch für die zweite Lösung gemäß den 6 bis 8 zutreffend, ist weiterhin besonders bevorzugt vorgesehen, dass der Wärmeübertrager 1 als Teil einer Wärmepumpenvorrichtung ausgebildet ist.
In diesem Zusammenhang ist weiterhin bevorzugt vorgesehen, dass der von einem Wärmeübertragungsmedium durchströmte Wärmeübertrager 1 zusätzlich wahlweise von Luft um- oder von Wasser oder auch Sole durchströmbar ausgebildet ist:

Im Falle einer Luftumströmung ist weiterhin bevorzugt vorgesehen, dass der Wärmeübertrager 1 im Heizbetrieb als Verdampfer (und im Kühlbetrieb als Kondensator) einer wahlweise zum Heizen oder Kühlen eingesetzten Wärmepumpenvorrichtung arbeitend ausgebildet ist bzw. betrieben wird. In diesem Fall ist der Wärmeübertrager 1 besonders bevorzugt als sogenannter Lamellenrohrwärmeübertrager ausgebildet. Die 1 bis 3 und 6 zeigen diese Variante. Bei dieser Ausführungsform verlaufen die vorzugsweise rohrförmigen Wärmeübertragungskanäle 1.3 vorzugsweise (im wesentlichen) horizontal.

Im Falle einer Wasserdurchströmung ist bevorzugt vorgesehen, dass der Wärmeübertrager 1 im Heizbetrieb als Kondensator (und im Kühlbetrieb als Verdampfer) einer wahlweise zum Heizen oder Kühlen eingesetzten Wärmepumpenvorrichtung arbeitend ausgebildet ist bzw. betrieben wird. In diesem Fall ist der Wärmeübertrager 1 besonders bevorzugt als sogenannter Plattenwärmeübertrager ausgebildet. Die 4 und 5 zeigen diese Variante. Bei dieser Ausführungsform und bei üblicher Anordnung des Plattenwärmeübertragers weisen die vorzugsweise flachkanalförmigen Wärmeübertragungskanäle 1.3 vorzugsweise nicht nur eine horizontale, sondern auch eine vertikale Erstreckungsrichtung auf.
Ferner ist auch im Falle einer Soledurchströmung bevorzugt vorgesehen, dass der Wärmeübertrager 1 als Plattenwärmeübertrager ausgebildet ist.
Noch etwas genauer betrachtet, ist also in allen genannten Wärmepumpen-Verwendungsfällen besonders bevorzugt vorgesehen, dass die Wärmeübertragungskanäle 1.3 (des Wärmeübertragers 1) als Teil wahlweise eines Plattenwärmeübertragers oder eines Lamellenrohrwärmeübertragers ausgebildet sind.
Selbstverständlich kann die Wärmepumpenvorrichtung auch sowohl kondensatorseitig als auch verdampferseitig mit der erfindungsgemäßen Wärmeübertragervorrichtung (gemäß den 1 bis 8) ausgestattet sein.
Weiterhin ist besonders bevorzugt vorgesehen, und dies ist auch bei allen dargestellten Ausführungsbeispielen (1 bis 8) realisiert, dass die Wärmeübertragungskanäle 1.3 beidendig in jeweils einen Verteilerraum 1.4 ausmündend ausgebildet sind. In 1 bildet letztlich die vertikal dargestellte Verbindungsleitung zwischen den mit den Wärmeübertragungskanälen 1.3 verbundenen Einzelleitungen diesen Verteilerraum 1.4.
Noch etwas genauer betrachtet, und diesbezüglich wird insbesondere auf 5 verwiesen, ist besonders bevorzugt vorgesehen, dass im Verteilerraum 1.4 eine (an sich zum Beispiel aus dem Dokument DE 20 2008 004 582 U1 bekannte) Verteileinrichtung 1.5 für das Wärmeübertragungsmedium angeordnet ist.
Dabei ist weiterhin besonders bevorzugt vorgesehen, dass die Verteileinrichtung 1.5 aus einem rohrförmigen Einsatz mit den Wärmeübertragungskanälen 1.3 zugeordneten Öffnungen 1.5.1 gebildet ist.
Weiterhin ist besonders bevorzugt vorgesehen, dass am Wärmeübertrager 1 einerseits ein direkt in den Verteilerraum 1.4 mündender erster Anschluss 1.6 und andererseits ein in die Verteileinrichtung 1.5 mündenden zweiter Anschluss 1.7 vorgesehen ist. Dabei sind die beiden Anschlüsse 1.6, 1.7 ferner besonders bevorzugt an sich gegenüberliegenden Seiten des als Plattenwärmeübertrager ausgebildeten Wärmeübertragers 1 angeordnet.
Damit das Wärmeträgermedium über den ersten Anschluss 1.6 gut zu den Wärmeübertragungskanälen 1.3 gelangen kann, ist dabei ferner noch bevorzugt vorgesehen, dass die Verteilereinrichtung 1.5 den Verteilerraum 1.4 unvollständig (also Strömungsraum freilassend) ausfüllend ausgebildet ist.
Wie oben bereits erwähnt, ist weiterhin bei der Lösung gemäß den 1 bis 5 bevorzugt vorgesehen, dass jeder Strömungspfad 1.10, 1.20 in nur einer Richtung durchströmbar ausgebildet ist. Hierzu ist, genauer betrachtet, besonders bevorzugt vorgesehen, dass jeder Strömungspfad 1.10, 1.20 mit einem Ventil 1.8 versehen ausgebildet ist. Ganz besonders bevorzugt ist dabei, wie schematisch dargestellt, schließlich vorgesehen, dass das Ventil 1.8 (bzw. die Ventile 1.8) als Rückschlagventil(e) ausgebildet ist (sind).
Wesentlich die zweite, in den 6 bis 8 dargestellte Lösung der erfindungsgemäßen Wärmeübertragungsvorrichtung ist ferner, dass an jedem Wärmeübertragungskanal 1.3 eine je nach Strömungsrichtung des Wärmeübertragungsmediums einen unterschiedlichen Strömungswiderstand verursachende Strömungseinrichtung 2 vorgesehen ist.
Noch etwas genauer betrachtet, ist dabei bevorzugt vorgesehen, dass die Strömungseinrichtung 2 pro Wärmeübertragungskanal 1.3 ein in Abhängigkeit von der Strömungsrichtung unterschiedliche Positionen einnehmendes und unterschiedliche Durchströmungsquerschnitte für das Wärmeübertragungsmedium erzeugendes Strömungselement 2.1 aufweist. Dieses Strömungselement 2.1 ist dabei (siehe 7 und 8) ganz besonders bevorzugt als in einem Käfig 2.2 geführte Kugel ausgebildet.
Alternativ (nicht extra dargestellt) kann aber auch vorgesehen sein, dass die Strömungseinrichtung 2 als (sogenanntes) Teslaventil (siehe hierzu https://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Teslaventil&oldid=207705326) ausgebildet ist.
Die erfindungsgemäße Wärmeübertragungsvorrichtung funktioniert wie folgt:

Soll bei der Lösung gemäß 1 über den ersten Zentralanschluss 1.1 Wärmeträgermedium zum Wärmeübertrager 1 (hier, wie bereits erwähnt, ein sogenannter Lamellenrohrwärmeübertrager) strömen (was in diesem Beispiel also dem Heizbetrieb entspricht), so kann dies nur über das untere Ventil 1.8 geschehen, da das obere Ventil 1.8 automatisch schließt. In diesem Fall wird also der kürzere Strömungspfad 1.20 auf dem Weg zum Wärmeübertrager 1 durchströmt. Nach Verlassen des Wärmeübertragers 1 gelangt das Wärmeträgermedium dann noch zu einem Verteilerraum 1.4 und vor dort schließlich zum zweiten Zentralanschluss 1.2. - Soll das Wärmeträgermedium statt dessen (was in diesem Beispiel also dem Kühlbetrieb entspricht) umgekehrt durch den Wärmeübertrager 1 geführt werden, so wird es diesem über den zweiten Zentralanschluss 1.2 zugeführt. Nach dem Verlassen der Wärmeübertragungskanäle 1.3 gelangt es dann über den Strömungspfad 1.10 zum ersten Zentralanschluss 1.1. Eine Durchströmung des anderen Strömungspfads 1.20 ist aufgrund des in diesem Fall schließenden unteren Ventils 1.8 ausgeschlossen. Und da der Strömungspfad 1.10, wie ersichtlich, insgesamt wesentlich länger als der Strömungspfad 1.20 ausgebildet ist, setzt die erfindungsgemäße Wärmeübertragungsvorrichtung einer Strömung vom zweiten Zentralanschluss 1.2 zum ersten Zentralanschluss 1.1 (Kühlbetrieb) mehr Widerstand entgegen als einer Strömung vom ersten Zentralanschluss 1.1 zum zweiten Zentralanschluss 1.2 (Heizbetrieb).

Bei der Lösung gemäß 2 verhält es sich, wie ohne weiteres ersichtlich, entsprechend umgekehrt, da die Ventile 1.8 umgekehrt angeordnet sind. Bei dieser Lösung ist dabei besonders bevorzugt vorgesehen, dass der Verteilerraum 1.4 seine größte Erstreckung in vertikaler Richtung aufweist, so dass es im Kühlbetrieb zu einer Trennung der flüssigen Phase des Wärmeträgermediums von deren Gasphase kommt.
Noch etwas genauer betrachtet, gilt grundsätzlich, dass vorzugsweise und trotz der erfindungsgemäßen Vorgabe unterschiedlicher Strömungswiderstände der Strömungspfade 1.10, 1.20 ein möglichst geringer Strömungswiderstand der Strömungspfade 1.10, 1.20 insgesamt angestrebt wird.
Für den Kühlbetrieb und bei Verwendung eines Lamellenrohrwärmeübertrager mit vertikaler Anordnung des Verteilerraums 1.4 ist dabei ferner noch besonders bevorzugt vorgesehen, dass ein Strömungswiderstand bzw. Druckverlust der Strömungspfade 1.10, 1.20 um ein Vielfaches höher ausgebildet bzw. ausgelegt ist, als ein sich aus der vertikalen Anordnung des Verteilerraums 1.4 ergebender Druckunterschied zwischen den voneinander entferntesten Wärmeübertragungskanäle 1.3, also zwischen dem obersten und untersten Wärmeübertragungskanal 1.3. Diese Maßgabe führt zu einer besonders gleichmäßigen Aufteilung des Wärmeübertragungsmediums auf die einzelnen Wärmeübertragungskanäle 1.3.
Bei der Lösung gemäß 3, die einen klassischen Kältekreislauf mit einem Wärmepumpenverdichter, einer Expansionseinrichtung, einem Wärmeträgermediumsammler und zwei Wärmeübertragern zeigt, arbeitet der eine (untere) Wärmeübertrager 1 im Heizfall als Verdampfer und im Kühlfall als Kondensator. Dabei ist eine Durchströmung von links nach rechts (also im Heizfall mit einem größeren Strömungswiderstand als bei einer Durchströmung von rechts nach links (also im Kühlfall) verbunden.
Bei der Lösung gemäß 4 ist der Wärmeübertrager 1 der erfindungsgemäßen Wärmeübertragungsvorrichtung im Heizbetrieb als Kondensator ausgebildet. Das Wärmeträgermedium wird mit dem Wärmepumpenverdichter verdichtet und (über die dargestellte Umschalteinrichtung) zum ersten Zentralanschluss 1.1 gefördert. Von dort strömt es über das Ventil 1.8 und den Strömungspfad 1.10 weiter zum links in der 4 dargestellten ersten Anschluss 1.6 des Wärmeübertragers 1. Das Wärmeträgermedium verlässt dabei den Wärmeübertrager 1 auf dessen rechter Seite und strömt dann über einen Abzweig und über ein in diese Richtung öffnendes Ventil 1.8 zum zweiten Zentralanschluss 1.2. Aufgrund der gegebenen Druckverhältnisse im Kältekreislauf sind dabei die beiden anderen Ventile 1.8 geschlossen. Der andere bzw. zweite Strömungspfad 1.20 wird bei dieser Betriebsweise nicht durchströmt. Vom zweiten Zentralanschluss 1.2 strömt das Wärmeträgermedium dann schließlich über die Expansionseinrichtung zum Verdampfer und von dort wieder über die Umschalteinrichtung zum Wärmepumpenverdichter. Damit ist der Kreis geschlossen. - Wird nun die Umschalteinrichtung um- und die Wärmepumpenvorrichtung somit in den Kühlbetrieb geschaltet, fördert der Wärmepumpenverdichter das Wärmeträgermedium zunächst zum unten in der Figur dargestellten Wärmeübertrager, der nunmehr als Kondensator arbeitet. Von dort gelangt das Wärmeträgermedium zur Expansionseinrichtung und von dort über das Ventil 1.8 und den Strömungspfad 1.20 zum zweiten Anschluss 1.7. Da dieser mit der Verteileinrichtung 1.5 versehen ist, wird der Strömung des Wärmeträgermediums auf diesem Strömungspfad 1.20 ein höherer Widerstand entgegen gesetzt (als einer Strömung im Strömungspfad 1.10). Die Abströmung des Wärmeträgermediums erfolgt dabei wieder über die rechte Seite des Wärmeübertragers 1, diesmal allerdings dann über das Ventil 1.8 zurück zum Wärmepumpenverdichter. Wie ersichtlich, sind bei dieser Betriebsweise jeweils die beiden anderen Ventile 1.8 aufgrund der bestehenden Druckverhältnisse im Kältekreislauf verschlossen. Außerdem ist, wie ersichtlich, bevorzugt vorgesehen, dass die Wärmeübertragungskanäle 1.3 (in diesem Beispiel) in beiden Betriebsweisen (Heiz- und Kühlfall) vom Wärmeübertragungsmedium in gleicher Richtung (in der Darstellung von links nach rechts) durchströmt werden.
Bei der Lösung gemäß 5, die einen Plattenwärmeübertrager zeigt, wie er auch in 4 eingesetzt ist, ist schließlich noch eine ganz einfache Option gezeigt, bei der die vom ersten Zentralanschluss 1.1 kommende Strömung des Wärmeträgermediums mit Hilfe eines einfachen Schaltventils wahlweise auf einen der beiden Strömungspfade 1.10 oder 1.20 gelenkt wird.
Bei der Lösung gemäß 6 ist die besagte Strömungseinrichtung 2 vorgesehen, deren Funktionsweise sich aus den 7 und 8 erschließt:

In 7 strömt das Wärmeträgermedium über zweiten Zentralanschluss 1.2 in den Verteilerraum 1.4 und von dort aufgeteilt in die Wärmeübertragungskanäle 1.3. In der Strömungseinrichtung 2 treffen die einzelnen Teilströme dann jeweils auf die Strömungselemente 2.1, die hier als in Käfigen 2.2 geführte Kugeln ausgebildet sind. Durch den von der Strömung ausgehenden Impuls werden die Kugeln im Käfig 2.2 nach links gedrückt, was aufgrund des in diese Richtung enger werdenden Kanals dazu führt, dass nur noch ein vergleichsweise kleiner Durchströmquerschnitt für das Wärmeträgermedium bleibt.

Strömt das Wärmeträgermedium dagegen, wie in 8 dargestellt, von links nach rechts (als vom ersten Zentralanschluss 1.1 kommend), bewirkt der Impuls der Strömung, dass die Kugel nach rechts gedrückt wird, was aufgrund des in diese Richtung weiter werdenden Kanals dazu führt, dass ein größerer Durchströmquerschnitt für das Wärmeträgermedium zur Verfügung steht.
Und da der besagte Durchströmquerschnitt unmittelbar Einfluss auf den sich in der Wärmeübertragungsvorrichtung ergebenden Druckverlauf hat, ist dieser zweite Lösungsansatz ebenfalls zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe geeignet.
Bezugszeichenliste

1: Wärmeübertrager
1.1: erster Zentralanschluss
1.2: zweiter Zentralanschluss
1.3: Wärmeübertragungskanal
1.4: Verteilerraum
1.5: Verteileinrichtung
1.5.1: Öffnung
1.6: erster Anschluss
1.7: zweiter Anschluss
1.8: Ventil
1.10: Strömungspfad
1.20: Strömungspfad
2: Strömungseinrichtung
2.1: Strömungselement
2.2: Käfig

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 202008004582 U1 [0029]

Claims

Wärmeübertragungsvorrichtung, umfassend einen von einem Wärmeübertragungsmedium durchströmten Wärmeübertrager (1), einen ersten Zentralanschluss (1.1) zur Zu- oder Abführung des Wärmeübertragungsmediums zum oder vom Wärmeübertrager (1), einen zweiten Zentralanschluss (1.2) zur Ab- oder Zuführung des Wärmeübertragungsmediums vom oder zum Wärmeübertrager (1) und mehrere, den Wärmeübertrager (1) bildende, einerseits mit dem ersten und andererseits mit dem zweiten Zentralanschluss (1.1, 1.2) hydraulisch verbundene und vom Wärmeübertragungsmedium durchströmte Wärmeübertragungskanäle (1.3), dadurch gekennzeichnet, dass wahlweise zwischen dem ersten und/oder zweiten Zentralanschluss (1.1, 1.2) und den Wärmeübertragungskanälen (1.3) zwei alternativ durchströmbare und unterschiedliche Strömungswiderstände aufweisende Strömungspfade (1.10, 1.20) vorgesehen sind.
Wärmeübertragungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungspfade (1.10, 1.20) unterschiedlich lang ausgebildet sind.
Wärmeübertragungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungspfade (1.10, 1.20) unterschiedliche Strömungsquerschnitte aufweisen.
Wärmeübertragungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeübertragungskanäle (1.3) beidendig in jeweils einen Verteilerraum (1.4) ausmündend ausgebildet sind.
Wärmeübertragungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Verteilerraum (1.4) eine Verteileinrichtung (1.5) für das Wärmeübertragungsmedium angeordnet ist.
Wärmeübertragungsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass am Wärmeübertrager (1) einerseits ein direkt in den Verteilerraum (1.4) mündender erster Anschluss (1.6) und andererseits ein in die Verteileinrichtung (1.5) mündenden zweiter Anschluss (1.7) vorgesehen ist.
Wärmeübertragungsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verteileinrichtung (1.5) aus einem rohrförmigen Einsatz mit den Wärmeübertragungskanälen (1.3) zugeordneten Öffnungen (1.5.1) gebildet ist.
Wärmeübertragungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Strömungspfad (1.10, 1.20) in nur einer Richtung durchströmbar ausgebildet ist.
Wärmeübertragungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Strömungspfad (1.10, 1.20) mit einem Ventil (1.8) versehen ausgebildet ist.
Wärmeübertragungsvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (1.8) als Rückschlagventil ausgebildet ist.
Wärmeübertragungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Strömungswiderstand der Strömungspfade (1.10, 1.20) um ein Vielfaches höher als ein sich aus der vertikalen Anordnung des Verteilerraums (1.4) ergebender Druckunterschied zwischen den voneinander entferntesten Wärmeübertragungskanäle (1.3) ausgebildet ist.
Verfahren zum Betrieb der Wärmeübertragungsvorrichtung gemäß dem Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beim Betrieb der Wärmeübertragungsvorrichtung wahlweise der eine Strömungspfad (1.10) oder der andere Strömungspfad (1.20) vom Wärmeübertragungsmedium durchströmt wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass entweder im Heizbetrieb derjenige Strömungspfad (1.10, 1.20) mit dem geringeren Strömungswiderstand oder im Kühlbetrieb derjenige Strömungspfad (1.10, 1.20) mit dem größeren Strömungswiderstand vom Wärmeübertragungsmedium durchströmt wird.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungspfade (1.10, 1.20) nur auf einer Seite des Wärmeübertragers (1) angeordnet sind und dass im Heizbetrieb zuerst einer der Strömungspfade (1.10, 1.20) und dann der Wärmeübertrager (1) und im Kühlbetrieb zuerst der Wärmeübertrager (1) und dann einer der Strömungspfade (1.10, 1.20) durchströmt werden.
Wärmeübertragungsvorrichtung, umfassend einen von einem Wärmeübertragungsmedium durchströmten Wärmeübertrager (1), einen ersten Zentralanschluss (1.1) zur Zu- oder Abführung des Wärmeübertragungsmediums zum oder vom Wärmeübertrager (1), einen zweiten Zentralanschluss (1.2) zur Ab- oder Zuführung des Wärmeübertragungsmediums vom oder zum Wärmeübertrager (1) und mehrere, den Wärmeübertrager (1) bildende, einerseits mit dem ersten und andererseits mit dem zweiten Zentralanschluss (1.1, 1.2) hydraulisch verbundene und vom Wärmeübertragungsmedium durchströmte Wärmeübertragungskanäle (1.3), dadurch gekennzeichnet, dass an jedem Wärmeübertragungskanal (1.3) eine je nach Strömungsrichtung des Wärmeübertragungsmediums einen unterschiedlichen Strömungswiderstand verursachende Strömungseinrichtung (2) vorgesehen ist.
Wärmeübertragungsvorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungseinrichtung (2) pro Wärmeübertragungskanal (1.3) ein in Abhängigkeit von der Strömungsrichtung unterschiedliche Positionen einnehmendes und unterschiedliche Durchströmungsquerschnitte für das Wärmeübertragungsmedium erzeugendes Strömungselement (2.1) aufweist.
Wärmeübertragungsvorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Strömungselement (2.1) als in einem Käfig (2.2) geführte Kugel ausgebildet ist.
Wärmeübertragungsvorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungseinrichtung (2) als Teslaventil ausgebildet ist.
Wärmeübertragungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeübertragungskanäle (1.3) beidendig in jeweils einen Verteilerraum (1.4) ausmündend ausgebildet sind.