DE102022211402A1

DE102022211402A1 - Wärmeübertrager

Info

Publication number: DE102022211402A1
Application number: DE102022211402.7A
Authority: DE
Inventors: Andreas Dränkow; Tobias Isermeyer; Gustavo Fuga Santos; Markus Wesner; Jichao Zhao
Original assignee: Mahle International GmbH
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2022-10-27
Filing date: 2022-10-27
Publication date: 2024-05-02
Also published as: CN117948824A; US20240142177A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Zweiphasen-Wärmeübertrager (1), welcher zwei zueinander beanstandete Sammler (5, 6) sowie eine zwischen den Sammlern (5, 6) angeordnete Matrix (9) aufweist, durch welche ein Strömungspfad (3) eines Temperiermittels führt.Eine erhöhte Effizienz des Zweiphasen-Wärmeübertragers (1) bei einer einfachen und kostengünstigen Umsetzung sowie eine breitere Einsatzmöglichkeit werden dadurch erreicht, dass in zumindest einem der Sammler (5, 6) eine Blende (10) mit Blendenöffnungen (11) angeordnet ist, durch welche der Strömungspfad (3) führt.Die Erfindung betrifft des Weiteren ein System (100) mit einem Kühlkreis (101) und einem solchen Zweiphasen-Wärmeübertrager (1).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Zweiphasen-Wärmeübertrager, insbesondere einen Verdampfer, welcher zwei Sammler sowie eine zwischen den Sammlern angeordnete Matrix aufweist, durch welche ein Strömungspfad eines Temperiermittels führt. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein System mit einem Kreislauf, in welchem das Temperiermittel zirkuliert, und in welchem ein solcher Wärmeübertrager eingebunden ist.
Durch einen Wärmeübertrager führt ein Strömungspfad eines Temperiermittels. Im Betrieb wird dabei mittels des Temperiermittels Wärme übertragen, sodass das Temperiermittel mit einem weiteren Fluid Wärme austauscht. Ein solcher Wärmeübertrager weist typischerweise zwei Sammler sowie eine zwischen den Sammlern verlaufende Kanalanordnung auf, welche nachfolgend auch als Matrix bezeichnet wird. Das Temperiermittel strömt über einen der Sammler in den Wärmeübertrager und anschließend in die Matrix und dann über den anderen Sammler aus dem Wärmeübertrager.
Ein solcher Wärmeübertrager ist beispielsweise aus der DE 10 2014 011 150 A1 bekannt. Der Wärmeübertrager weist zwei Sammler und zwischen den Sammlern angeordnete Wärmetauscherkerne auf. Dem jeweiligen Wärmetauscherkern ist eine Blende zugeordnet, wobei die Blenden unterschiedliche Austrittsöffnungen aufweisen.
Aus der EP 792 582 A1 ist ein Wärmeübertrager bekannt, der einen Einlass-Sammler sowie einen Auslass-Sammler aufweist. Der Einlass-Sammler weist eine Einlassöffnung zum Einlassen eines Temperiermittels in den Wärmeübertrager auf. Stromauf des Einlass-Sammlers weist der Wärmeübertrager eine kalibrierte Düse auf.
Die KR 2009 0028965 A beschreibt einen Wärmeübertrager. Der Wärmeübertrager weist einen Einlass-Sammler sowie einen Auslass-Sammler auf, die gegenüberliegend angeordnet sind, wobei zwischen den Sammlern eine Matrix angeordnet und mit den Sammlern fluidisch verbunden ist. Der Einlass-Sammler weist eine Sammleröffnung zum Einlassen eines Temperiermittels in den Wärmeübertrager und der Auslass-Sammler eine Sammleröffnung zum Auslassen des Temperiermittels aus dem Wärmeübertrager auf. In dem jeweiligen Sammler ist eine Blende mit einer zentralen Öffnung angeordnet.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit der Aufgabe, für einen Wärmeübertrager der eingangs genannten Art sowie für ein System mit einem solchen Wärmeübertrager verbesserte oder zumindest andere Ausführungsformen anzugeben, welche insbesondere aus dem Stand der Technik bekannte Nachteile beseitigen. Insbesondere beschäftigt sich die vorliegende Erfindung mit der Aufgabe, für den Wärmeübertrager und für das System verbesserte oder zumindest andere Ausführungsformen anzugeben, welche sich durch eine erhöhte Effizienz bei zugleich kostengünstiger Umsetzung und einem breiten Einsatzbereich auszeichnen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die vorliegende Erfindung beruht demnach auf dem allgemeinen Gedanken, in zumindest einem Sammler eines zwei Sammler sowie eine zwischen den Sammlern angeordnete Kanalanordnung aufweisenden Zweiphasen-Wärmeübertragers eine Blende mit mehreren Öffnungen anzuordnen, durch welche Öffnungen ein im Betrieb durch den Wärmeübertrager strömendes Fluid, nachfolgend auch als Temperiermittel bezeichnet, strömt. Auf diese Weise kommt es in dem Wärmeübertrager, insbesondere in der Kanalanordnung, zu einer gleichmäßigen Verteilung einer flüssigen Phase des Temperiermittels. Die gleichmäßige Verteilung der flüssigen Phase des Temperiermittels führt zu einer optimierten Wärmeübertragung in der gesamten Kanalanordnung, sodass die Leistung des Wärmeübertrager erhöht ist. Folglich kommt es zu einer volumetrischen und gravimetrischen Erhöhung der Leistung des Wärmeübertragers. In der Folge ist die Effizient des Wärmeübertrager verbessert. Die Effizienzsteigerung ist mittels der Blende erreicht, sodass die Steigerung der Effizienz kostengünstig bzw. kostenneutral umgesetzt ist. Ferner lässt sich die Effizienzsteigerung des Wärmeübertragers mittels der Blende sowohl für geringe Massenströme, beispielsweise für einen Wärmepumpenbetrieb, als auch für hohe Massenströme, beispielsweise für einen Hochleistungsbetrieb, erreichen, sodass der Wärmeübertrager einen breiten Einsatzgebiet besitzt.
Dem Erfindungsgedanken entsprechend führt ein Strömungspfad des Temperiermittels durch den Zweiphasen-Wärmeübertrager, nachfolgend auch kurz als Wärmeübertrager bezeichnet. Der Wärmeübertrager weist zwei in einer ersten Richtung zueinander beabstandete Sammler auf, welche nachfolgend als Einlass-Sammler und Auslass-Sammler bezeichnet werden. Zwischen den Sammlern ist die Kanalanordnung angeordnet und fluidisch mit den Sammlern verbunden. Die Kanalanordnung wird nachfolgend auch als Matrix bezeichnet. Der Einlass-Sammler weist eine Sammleröffnung zum Einlassen des Temperiermittels in den Wärmeübertrager auf, welche nachfolgend auch als Einlass-Sammleröffnung bezeichnet wird. Der Auslass-Sammler weist eine Sammleröffnung zum Auslassen des Temperiermittels aus dem Wärmeübertrager auf, welche nachfolgend auch als Auslass-Sammleröffnung bezeichnet wird. Somit führt der Strömungspfad durch die Einlass-Sammleröffnung in den Einlass-Sammler, vom Einlass-Sammler in die Matrix, von der Matrix in den Auslass-Sammler und durch die Sammler-Auslassöffnung aus dem Auslass-Sammler. In zumindest einem der Sammler ist wenigstens eine Blende angeordnet ist, welche in einer quer zur ersten Richtung verlaufenden zweiten Richtung zur zugehörigen Sammleröffnung beabstandet ist. Die jeweilige Blende weist Blendenöffnungen auf, welche in zweiter Richtung offen sind und durch welche der Strömungspfad führt.
Das Temperiermittel wird vom Einlass-Sammler in die Matrix verteilt. Der Einlass-Sammler kann daher auch als Verteiler bezeichnet werden. Das Temperiermittel strömt von der Matrix in den Auslass-Sammler wird dort gesammelt
Das Temperiermittel strömt im Betrieb zweckmäßig in gemischter Phase, das heißt insbesondere, dass Flüssiganteile in der Gasphase enthalten sind, in den Einlass-Sammler.
Dies kann über eine entsprechende Ausgestaltung eines Kreislaufs realisiert sein, durch welchen das Temperiermittels im Betrieb zirkuliert, und in welchem der Wärmeübertrager derart eingebunden ist, dass das Temperiermittel in der flüssigen Phase durch die Einlass-Sammleröffnung in den Wärmeübertrager strömt. Der Kreislauf, nachfolgend auch als Kühlkreis bezeichnet, und der Wärmeübertrager sind dabei Bestandteile eines Systems.
Der Wärmeübertrager und/oder das System können in beliebigen Anwendungen zum Einsatz kommen. Insbesondere ist es vorstellbar, den Wärmeübertrager und/oder das System in einem Kraftfahrzeug einzusetzen.
Sind in einem der Sammler zwei oder mehr Blenden angeordnet, sind die Blenden zweckmäßig in zweiter Richtung zueinander beabstandet.
Bei dem Wärmeübertrager handelt es sich vorzugsweise um einen Verdampfer, auch als „Chiller“ geläufig. Vorteilhaft handelt es sich bei dem Wärmeübertrager um einen indirekten Wärmeübertrager, vorzugsweise um einen indirekten Verdampfer.
Bei dem Temperiermittel kann es sich um ein beliebiges Fluid handeln. Insbesondere handelt es sich bei dem Temperiermittel um ein Kältemittel oder um ein Kühlmittel.
Der Wärmeübertrager wird vorteilhaft im Betrieb, vom Temperiermittel fluidisch getrennt, von einem weiteren Fluid durchströmt, sodass das Temperiermittel und das weitere Fluid im Betrieb im Wärmeübertrager, insbesondere in der Kanalanordnung, Wärme übertragen.
Der Wärmeübertrager und die Matrix können prinzipiell auf beliebige Weise realisiert sein.
Bei bevorzugten Ausführungsformen handelt es sich bei dem Wärmeübertrager um einen Plattenwärmeübertrager. Der Plattenwärmeübertrager weist in zweiter Richtung aufeinanderfolgende Platten auf, welche die Sammler und die Matrix bilden.
Prinzipiell kann im jeweiligen Sammler zumindest eine solche Blende angeordnet sein.
Bei bevorzugten Ausführungsformen ist die zumindest eine Blende ausschließlich im Einlass-Sammler angeordnet. Genutzt wird hierbei die Kenntnis, dass die Verteilung des Temperiermittels in die Matrix über den Einlass-Sammler erfolgt, sodass die Anordnung der zumindest einen Blende ausschließlich im Einlass-Sammler zu einer kostengünstigeren Herstellung des Wärmeübertrager bei zugleich erhöhter Effizienz und breitem Einsatzbereich führt.
Die jeweilige zumindest eine Blende kann im zugehörigen Einlass-Sammler beliebig angeordnet sein.
Vorzugsweise ist zumindest eine der wenigstens einen Blenden in einem Einlassbereich des zugehörigen Einlass-Sammlers angeordnet.
Prinzipiell kann die jeweilige Sammleröffnung bezüglich des zugehörigen Sammlers beliebig offen und/oder orientiert sein. Bevorzugt sind Ausführungsformen, bei denen zumindest eine der Sammleröffnungen, insbesondere die Einlass-Sammleröffnung, vorzugsweise beide Sammleröffnungen, in erster Richtung offen ist. Somit wird eine direkte Strömung des Temperiermittels in Richtung der zumindest einen Blende erreicht. In der Folge kommt es zu einem reduzierten Druckabfall im Temperiermittel sowie einer besseren Verteilung der flüssigen Phase des Temperiermittels in die Matrix. Folglich ist auf diese Weise die Effizienz des Wärmeübertrager erhöht.
In dem jeweiligen Sammler mit der zumindest einen Blende kann eine beliebige Anzahl von Blenden angeordnet sein.
Bevorzugt ist in zumindest einem Sammler mit der zumindest einen Blende, vorzugsweise in dem jeweiligen Sammler mit der zumindest einen Blende, zwischen einem und vier Blenden angeordnet. Dabei sind, sofern in einem Sammler zwei oder mehr Blenden angeordnet sind, diese wie vorstehend erläutert in zweiter Richtung zueinander beabstandet. Aufwändige Untersuchungen haben ergeben, dass bei einer solchen Anzahl der Blenden die Effizienz des Wärmeübertragers erhöht, insbesondere maximiert, wird.
Als bevorzugt gelten dabei Ausführungsformen, bei denen in zumindest einem Sammler mit der zumindest einen Blende, insbesondere in dem jeweiligen Sammler mit der zumindest einen Blende, ausschließlich eine einzige Blende angeordnet ist. Somit kann ein optimierter Ausgleich zwischen vereinfachter und kostengünstiger Umsetzung sowie Maximierung der Leistung erreicht werden.
Insbesondere ist ausschließlich in dem Einlass-Sammler und im Einlass-Sammler eine einzige solche Blende angeordnet, wohingegen der Auslass-Sammler frei von solchen Blenden ist.
Die jeweilige Blende kann prinzipiell eine beliebige Anzahl von Sammleröffnungen aufweisen.
Vorteilhaft weist zumindest eine der wenigstens einen Blenden, bevorzugt die jeweilige Blende, zumindest vier Blendenöffnungen auf. Bevorzugt weist zumindest eine der der wenigstens einen Blenden, vorteilhaft die jeweilige Blende, zwischen vier und 23 Blendenöffnungen auf. Durch aufwändige Untersuchungen wurde festgestellt, dass bei einer solchen Anzahl von Blendenöffnungen eine optimale und gleichmäßige Verteilung der flüssigen Phase des Temperiermittels in der Matrix erreicht wird. Folglich wird auf diese Weise die Effizienz des Wärmeübertragers erhöht.
Der jeweilige Sammler weist entlang der ersten Richtung einen durchströmbaren Querschnitt auf, welcher nachfolgend auch als Sammler-Durchströmungsquerschnitt bezeichnet wird. Der Sammler-Durch Strömungsquerschnitt erstreckt sich also in der ersten Richtung und in einer quer zur ersten Richtung und quer zur zweiten Richtung verlaufenden dritten Richtung und wird im Betrieb in zweiter Richtung durchströmt.
Die jeweilige Blende weist entlang der ersten Richtung einen durchströmbaren Querschnitt auf, welcher nachfolgend auch als Blenden-Durchströmungsquerschnitt bezeichnet wird. Der Blenden-Durchströmungsquerschnitt entspricht dabei der Summe der Querschnitte der Sammleröffnungen der Blende. Der Blenden-Durchströmungsquerschnitt erstreckt sich also in der ersten Richtung und in der dritten Richtung und ist im Betrieb in zweiter Richtung durchströmt.
Bei bevorzugten Ausführungsformen entspricht der Blenden-Durchströmungsquerschnitt zumindest einer der wenigstens einen Blenden, vorzugsweise der jeweiligen Blende, zwischen 8 % und 31 % des Sammler-Durchströmungsquerschnitts des zugehörigen Sammlers. Mittels aufwändiger Untersuchungen wurde festgestellt, dass ein solcher Anteil des Blenden-Durchströmungsquerschnitt zu einer verbesserten, insbesondere optimierten, gleichmäßigen Verteilung der flüssigen Phase des Temperiermittels in der Matrix führt. Folglich wird somit die Effizienz des Wärmeübertrager weiter verbessert.
Die jeweilige Blendenöffnung kann prinzipiell einen beliebig großen Querschnitt aufweisen.
Als vorteilhaft gelten Ausführungsformen, bei denen die jeweilige Blendenöffnung einen Querschnitt zwischen 2 mm² und 4 mm², beispielsweise 3,1 mm², aufweist. Aufwändige Untersuchungen haben ergeben, dass bei solchen Querschnitten der Blendenöffnungen ein optimaler Ausgleich zwischen einer gleichmäßigen Verteilung der flüssigen Phase des Temperiermittels in der Matrix und einem reduzierten Druckabfall im Temperiermittel erreicht wird. Folglich wird auf diese Weise die Effizienz des Wärmeübertragers erhöht.
Der jeweilige Sammler weist eine in zweiter Richtung verlaufende Erstreckung auf, welche nachfolgend auch als Sammlerhöhe bezeichnet wird.
Vorteilhaft ist die jeweilige Blende im zugehörigen Sammler auf einer Position zwischen 20 % und 80 % der Sammlerhöhe angeordnet, wobei die Position nachfolgend auch als Blendenhöhen-Position bezeichnet wird. Das heißt, dass die jeweilige Blende in zweiter Richtung auf einer Blendenhöhen-Position angeordnet ist, die zwischen 20 % und 80 % der Sammlerhöhe des zugehörigen Sammlers liegt. Vorzugsweise ist zumindest eine der wenigstens einen Blenden, insbesondere die einzige Blende, in zweiter Richtung mittig im zugehörigen Sammler, also auf einer 50 % der Sammlerhöhe entsprechenden Blendenhöhen-Position angeordnet. Durch aufwändige Untersuchungen konnte erkannt werden, dass bei einer solchen Anordnung der zumindest einen Blende eine verbesserte und gleichmäßigere Verteilung der flüssigen Phase des Temperiermittels in der Matrix erfolgt. Das heißt, dass auf diese Weise eine erhöhte Effizienz des Wärmeübertrager erreicht wird.
Es versteht sich, dass der Wärmeübertrager zwei oder mehr Einlass-Sammler und/oder zwei oder mehr Auslass-Sammler aufweisen kann, wobei in zumindest einem der Sammler wenigstens eine solche Blende angeordnet ist.
Es versteht sich, dass neben dem Wärmeübertrager auch das System mit dem Wärmeübertrager zum Umfang dieser Erfindung gehört.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
Es zeigen, jeweils schematisch

1 eine stark vereinfachte, schaltplanartige Darstellung eines Zweiphasen-Wärmeübertragers in einem System,
2 eine Prinzipdarstellung des Wärmeübertragers,
3 einen Schnitt durch den Wärmeübertrager,
4 bis 7 jeweils ein Diagramm zur Erläuterung der Erfindung.

Ein Zweiphasen-Wärmeübertrager 1, wie er beispielsweise in den 1 bis 3 gezeigt ist, kann in einem in 1 stark vereinfacht gezeigten System 100 zum Einsatz. Das System 100 umfasst einen Kreislauf 101, welcher nachfolgend auch als Kühlkreis 101 bezeichnet wird. Im Betrieb zirkuliert im Kühlkreis 101 ein nachfolgend auch als Temperiermittel bezeichnetes Fluid. Bei dem Temperiermittel kann es sich um ein Kältemittel oder ein Kühlmittel handeln. Der Zweiphasen-Wärmeübertrager 1 ist im Kühlkreis 101 eingebunden, sodass ein Strömungspfad 3 des Temperiermittels durch den Wärmeübertrager 1 führt. Dabei strömt das Temperiermittel in der flüssigen Phase in den Zweiphasen-Wärmeübertrager 1. Wie lediglich in 1 gezeigt, ist der Zweiphasen-Wärmeübertrager 1 zusätzlich zum Temperiermittel, von einem anderen Fluid, vom Temperiermittel fluidisch getrennt, durchströmt. Das heißt, dass ein in 1 gestrichelt angedeuteter Strömungspfad 102 des anderen Fluids vom Strömungspfad 3 des Temperiermittels fluidisch getrennt durch den Zweiphasen-Wärmeübertrager 1 führt. Somit kommt es im Betrieb im Zweiphasen-Wärmeübertrager 1 zu einer Wärmeübertragung zwischen dem Temperiermittel und dem anderen Fluid. Der Zweiphasen-Wärmeübertrager 1 ist beispielsweise als ein Verdampfer 4, insbesondere als ein indirekter Verdampfer 4, ausgestaltet. Der Zweiphasen-Wärmeübertrager 1 sowie das System 100 können in einem in 1 weiter nicht gezeigten Kraftfahrzeug 200 zum Einsatz kommen.
Der Zweiphasen-Wärmeübertrager 1, nachfolgend auch kurz als Wärmeübertrager 1 bezeichnet, weist, wie insbesondere 3 entnommen werden kann, 2 in einer ersten Richtung R1 gegenüberliegende Sammler 5, 6, nämlich einen Einlass-Sammler 5 und einen Auslass-Sammler 6 auf. Das Temperiermittel strömt über den Einlass-Sammler 5 in den Wärmeübertrager 1 und über den Auslass-Sammler 6 aus dem Wärmeübertrager 1. Zu diesem Zweck weisen der Einlass-Sammler 5 und der Auslass-Sammler 6 jeweils eine Sammleröffnung 7, 8 auf. Die Sammleröffnung 7 des Einlass-Sammlers 5 wird nachfolgend auch als Einlass-Sammleröffnung 7 und die Sammleröffnung 8 das Auslass-Sammlers 6 nachfolgend auch als Auslass-Sammleröffnung 8 bezeichnet. Der Wärmeübertrager 1 weist ferner eine zwischen den Sammlern 5, 6 angeordnete und mit diesen fluidisch verbundene Kanalanordnung 9 auf. Die Kanalanordnung 9 umfasst mehrere weiter nicht gezeigte Kanäle, durch welche das Temperiermittel vom Einlass-Sammler 5 zum Auslass-Sammler 6 strömt. Die Kanalanordnung 9 wird nachfolgend auch als Matrix 9 bezeichnet. Somit führt der Strömungspfad 3 des Temperiermittels, wie insbesondere in 2 angedeutet, in der flüssigen Phase durch die Einlass-Sammleröffnung 7 in den Einlass-Sammler 5, vom Einlass-Sammler 5 durch die Matrix 9, von der Matrix 9 in den Auslass-Sammler 5 und durch die Auslass-Sammleröffnung 8 aus dem Auslass-Sammler 6. Dabei wird das Temperiermittel, wie lediglich in 2 angedeutet, im Einlass-Sammler 5 in die Matrix 9 verteilt. In zumindest einem der Sammler 5, 6 ist wenigstens eine Blende 10 angeordnet, welche in einer quer zur ersten Richtung R1 verlaufenden zweiten Richtung R2 zur zugehörigen Sammleröffnung 7, 8 beabstandet ist. Wie den 2 und 3 entnommen werden kann, weist die jeweilige Blende 10 Blendenöffnungen 11 auf, welche in zweiter Richtung R2 offen sind und durch welche der Strömungspfad 3 des Temperiermittels führt.
Die Matrix 9 kann ferner nicht weiter gezeigte Kanäle aufweisen, durch welche der Strömungspfad 102 des anderen Fluids führt.
Wie den 2 und 3 entnommen werden kann, ist in den gezeigten Ausführungsbeispielen ausschließlich im Einlass-Sammler 5 zumindest eine solche Blende 10 angeordnet. Wie diesen Figuren ebenfalls entnommen werden kann, ist die jeweilige Sammleröffnung 7, 8 in den gezeigten Ausführungsbeispielen in zweiter Richtung R2 offen. Dabei sind die Sammleröffnungen 7, 8 voneinander abgewandt offen. Wie den 2 und 3 ferner entnommen werden kann, schließt in den gezeigten Ausführungsbeispielen an der jeweiligen Sammleröffnung 7, 8 ein Anschlussstutzen 14 an.
Wie in 2 angedeutet, führt die Blende 10 dazu, dass die flüssige Phase des Temperiermittels, welche in 2 wolkenartig angedeutet ist, in der gesamten Matrix 9 gleichmäßig verteilt wird. Darüber hinaus führt die Blende 10 zu einem vertretbaren/reduzierten Druckabfall im Temperiermittel. In der Folge wird die Effizienz des Wärmeübertrager 1 bei einer kostengünstigen Herstellung des Wärmeübertrager 1 erhöht. Zudem lässt sich der Wärmeübertrager 1 auf diese Weise über ein breites Spektrum unterschiedlicher Massenströme des Temperiermittels effizient betreiben.
Der Wärmeübertrager 1 kann wie 3 entnommen werden kann, als ein Plattenwärmeübertrager 2 ausgebildet sein. Der Plattenwärmeübertrager 2 weist in zweiter Richtung R2 aufeinanderfolgende Platten 12 auf, welche die Sammler 5, 6 und die Matrix 9 bilden.
Wie in 3 angedeutet, weist der jeweilige Sammler 5, 6 entlang der ersten Richtung R1 einen in zweiter Richtung R2 durchströmbaren Querschnitt auf, welcher nachfolgend auch als Sammler-Durchströmungsquerschnitt bezeichnet wird. Ferner weist die jeweilige Blende 10 entlang der ersten Richtung R1 eine in zweiter Richtung R 2 durchströmbaren Querschnitt auf, welche nachfolgend auch als Blenden-Durchströmungsquerschnitt bezeichnet wird. Der Blenden-Durchströmungsquerschnitt entspricht dabei der Summe der Querschnitte der Blendenöffnungen 11 der Blende 10. Wie in 3 ferner angedeutet, erstreckt sich der jeweilige Sammler 5, 6 entlang der zweiten Richtung über eine Höhe 13, welche nachfolgend auch als Sammlerhöhe 13 bezeichnet wird. Der jeweilige Querschnitt erstreckt somit erster Richtung R1 und einer quer zur ersten Richtung R1 und quer zur zweiten Richtung R2 verlaufenden dritten Richtung R3.
Die 4 bis 7 zeigen das Ergebnis aufwändiger Untersuchungen als Diagramme. Im jeweiligen Diagramm ist auf der Ordinatenachse Y die Effizienz des Wärmeübertrager 1 in % angegeben.
4 gibt entlang der Ordinatenachse X die Anzahl der Blenden 10 in dem jeweiligen Sammler 5, 6, insbesondere im Einlass-Sammler 5, wieder. Wie 4 entnommen werden kann, wird eine optimierte Effizienz des Wärmeübertragers 1 dadurch erreicht, dass in dem jeweiligen Sammler 5, 6, insbesondere im Einlass-Sammler 5, zwischen einem und vier Blenden 10 angeordnet sind. Eine Maximierung der Effizienz wird mit einer einzigen Blende 10 erreicht. Dementsprechend ist in den gezeigten Ausführungsbeispielen eine solche Blende 10 ausschließlich im Einlass-Sammler 5 angeordnet. Zudem ist in dem Einlass-Sammler 5 in den gezeigten Ausführungsbeispielen eine einzige solche Blende 10 angeordnet.
5 gibt entlang der Ordinatenachse X die Anzahl der Blendenöffnungen 11 der jeweiligen Blende 10 wieder. Wie 5 entnommen werden kann, wird eine erhöhte Effizienz des Wärmeübertragers 1 bei einer Anzahl von zumindest vier Blendenöffnungen 11 erreicht. Eine optimierte Effizienz wird bei einer Anzahl zwischen vier und 23 Blendenöffnungen erreicht. 3 zeigt dabei einen etwa mittigen Schnitt durch den Wärmeübertrager 1. Wie 3 entnommen werden kann, weist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel die Blende 10 zehn Blendenöffnungen 11 auf, von denen in 3 aufgrund der Ansicht lediglich fünf sichtbar sind.
6 gibt entlang der Ordinatenachse X das Verhältnis zwischen dem Sammler-Durchströmungsquerschnitt und dem Blenden-Durchströmungsquerschnitt in % wieder. Wie 6 entnommen werden kann, wird eine optimierte Effizienz des Wärmeübertragers 1 dadurch erreicht, dass der Blenden-Durchströmungsquerschnitt zwischen 8 % und 31 % des Sammler-Durchströmungsquerschnitts entspricht. In den gezeigten Ausführungsbeispielen entspricht der Blenden-Durchströmungsquerschnitt 15 % des Sammler-Durchströmungsquerschnitts. Somit wird die Effizienz des Wärmeübertrager 1 maximiert. Dabei weist die jeweilige Blendenöffnung 11 vorteilhaft einen Querschnitt zwischen 2 mm² und 4 mm², insbesondere 3,1 mm², auf.
7 gibt entlang der Ordinatenachse X die relative Position der Blende 10 zur Sammlerhöhe 13 in % an. Wie 7 entnommen werden kann, wird die Effizienz des Wärmeübertragers 1 dadurch optimiert, dass die Blende 10 in zweiter Richtung R2 auf einer Blendenhöhen-Position angeordnet ist, die zwischen 20 % und 80 % der Sammlerhöhe 13 liegt. In den gezeigten Ausführungsbeispielen ist die Blende 10 in zweiter Richtung R2 mittig im Einlass-Sammler 5 angeordnet. Die Blendenhöhen-Position liegt also auf 50 % der Sammlerhöhe 13.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102014011150 A1 [0003]
EP 792582 A1 [0004]
KR 20090028965 A [0005]

Claims

Zweiphasen-Wärmeübertrager (1), insbesondere Verdampfer (4), durch welchen ein Strömungspfad (3) eines Temperiermittels führt, - mit mindestens einem Einlass-Sammler (5) und mindestens einem Auslass-Sammler (6), welche in einer ersten Richtung (R1) zueinander beabstandet angeordnet sind, - mit einer zwischen den Sammlern (5, 6) angeordneten und mit den Sammlern (5, 6) fluidisch verbundenen Matrix (9), - wobei der jeweilige zumindest eine Einlass-Sammler (5) eine Einlass-Sammleröffnung (7) zum Einlassen des Temperiermittels in den Wärmeübertrager (1) und der jeweilige zumindest eine Auslass-Sammler (6) eine Auslass-Sammleröffnung (8) zum Auslassen des Temperiermittels aus dem Wärmeübertrager (1) aufweist, sodass der Strömungspfad (3) durch die Einlass-Sammleröffnung (7) in den Einlass-Sammler (5), vom Einlass-Sammler (5) durch die Matrix (9), von der Matrix (9) in den Auslass-Sammler (6) und durch die Auslass-Sammleröffnung (8) aus dem Auslass-Sammler (6) führt, - wobei in zumindest einem der Sammler (5, 6) wenigstens eine Blende (10) angeordnet ist, welche in einer quer zur ersten Richtung (R1) verlaufenden zweiten Richtung (R2) zur zugehörigen Sammleröffnung (7, 8) beabstandet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Blende (10) Blendenöffnungen (11) aufweist, welche in zweiter Richtung (R2) offen sind und durch welche der Strömungspfad (3) führt.
Wärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeübertrager (1) in zweiter Richtung (R2) aufeinanderfolgende Platten (12) aufweist, welche die Sammler (5, 6) und die Matrix (9) bilden, sodass der Wärmeübertrager (1) als ein Plattenwärmeübertrager (2) ausgebildet ist.
Wärmeübertrager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Blende (10) ausschließlich im zumindest einen Einlass-Sammler (5) angeordnet ist.
Wärmeübertrager nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Blende (10) in einem Einlassbereich des zumindest einen Einlass-Sammlers (5) angeordnet ist.
Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Sammleröffnungen (7, 8) in zweiter Richtung (R2) offen ist.
Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in dem jeweiligen zumindest einen Sammler (5, 6) mit der zumindest einen Blende (10) zwischen einem und vier solche Blenden (10) angeordnet sind.
Wärmeübertrager nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in dem zumindest einen Sammler (5, 6) eine einzige solche Blende (10) angeordnet ist.
Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Blende (10) zumindest vier Blendenöffnungen (11) aufweist.
Wärmeübertrager nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der wenigstens einen Blenden (10) zwischen vier und 23 Blendenöffnungen (11) aufweist.
Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, - dass der jeweilige Sammler (5, 6) entlang der ersten Richtung (R1) einen Sammler-Durchströmungsquerschnitt aufweist, - dass zumindest eine der wenigstens einen in Sammler (5, 6) angeordneten Blenden (10) entlang der ersten Richtung (R1) einen Blenden-Durchströmungsquerschnitt aufweist, welcher der Summe der Querschnitte der Blendenöffnungen (11) entspricht, - dass der Blenden-Durchströmungsquerschnitt zumindest einer der wenigstens einen Blenden (10) zwischen 8 % und 31 % des Sammler-Durchströmungsquerschnitts des zugehörigen Sammlers (5, 6) entspricht.
Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Blendenöffnung (11) einen Querschnitt zwischen 2 mm² und 4 mm² aufweist.
Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, - dass der jeweilige Sammler (5, 6) entlang der zweiten Richtung (R2) eine Sammlerhöhe (13) aufweist, - dass die jeweilige zugehörige Blende (10) in zweiter Richtung (R2) auf einer Blendenhöhen-Position angeordnet ist, die zwischen 20 % und 80 % der Sammlerhöhe (13) des zugehörigen Sammlers (5, 6) liegt.
Wärmeübertrager nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine der wenigstens einen Blenden (10), insbesondere die einzige Blende (10), in zweiter Richtung (R2) mittig im zugehörigen Sammler (5, 6) angeordnet ist.
System (100) mit einem Kühlkreis (101), in welchem ein Temperiermittel zirkuliert, und mit einem Zweiphasen-Wärmeübertrager (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, welcher im Kühlkreis (101) eingebunden ist, sodass das Temperiermittel in der flüssigen Phase durch die Einlass-Sammleröffnung (7) in den Zweiphasen-Wärmeübertrager (1) strömt.