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Die Erfindung betrifft einen Kondensator, ein Wärmeübertragungssystem, das einen solchen Kondensator umfasst. Außerdem betrifft die Erfindung eine Wärmepumpe mit einem solchen Kondensator oder Wärmeübertragungssystem und die Verwendung des Kondensators in dem Wärmeübertragungssystem oder der Wärmepumpe.
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Aus dem Stand der Technik ist eine Vielzahl unterschiedlich geformter Kondensatoren bekannt. Der Kondensator kann in Wärmepumpen verwendet werden. Um Vorschriften zu erfüllen, ist notwendig, natürliche Kältemittel zu verwenden. Insbesondere soll die Verwendung von umweltschädlichen Kältemitteln wie R134a verhindert werden. Aufgrund dieses Zwecks ist es bekannt, Kältemittel zu verwenden, die ein brennbares Fluid wie Propan sind. In diesem Fall ist das Leckagerisiko entscheidend und schwerwiegender, da die Belastung im Vergleich zu Kondensatoren, in denen R134a als Kältemittel verwendet wird, 10-mal geringer ist. Es ist bekannt, dass die Beständigkeit gegen Leckagen durch die Unterkühlung des Fluids im Kondensator beeinflusst wird. Daher werden große Anstrengungen unternommen, um die Effizienz des Kondensators zu verbessern.
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Die
WO 2017 012 718 A1 offenbart einen Kondensator, in dem natürliches Kältemittel strömt. Der Kondensator weist ein Gehäuse und ein im Gehäuse angeordnetes Kanalsystem auf. Der Kondensator steht in Kontakt mit einem Fluidtank. Das Kanalsystem umfasst einen einzelnen Kanal, dem ein Verteilungsbereich folgt, der eine Vielzahl von sich teilenden Verzweigungen einschließt, die jeweils das beförderte Fluid von einem Kanal mit einem Strömungsquerschnitt in zwei Kanäle mit demselben Querschnitt und einem Auslass für das Kältemittelfluid verteilen, in flüssiger Phase, entlang eines einzelnen Kanals. Dem Auslass ist mindestens ein Gruppierungsbereich mit einer Vielzahl von konzentrierenden Verzweigungen vorgelagert, wobei der Gruppierungsbereich N Kanäle mit demselben Querschnitt in Kanäle mit demselben Querschnitt gruppiert.
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Ein Nachteil des Kondensators besteht darin, dass unterkühltes Fluid durch das im Fluidtank angeordnete Fluid bei dessen Strömung zwischen dem Gruppierungsbereich und einer Auslassöffnung des Kondensators aufgewärmt wird. Der Wärmebereich, in dem das Fluid erwärmt wird, ist groß, sodass die Wärmeübertragung vom Fluidtank zum Fluid hoch ist. Die Wärmeübertragung vom Fluidtank auf das im Kondensator strömende Fluid resultiert daraus, dass im Fluidtank aufgrund von Dichteunterschieden wärmeres Fluid in einem oberen Bereich des Fluidtanks angeordnet ist. Wie vorstehend erwähnt, hat die Erwärmung des Fluids jedoch Nachteile hinsichtlich der Leckage, wenn der Kondensator beispielsweise in einer Wärmepumpe verwendet wird.
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Die Erfindung hat die Aufgabe, einen Kondensator bereitzustellen, bei dem das aus dem Kondensator ausströmende Fluid weniger erwärmt wird als bei dem bekannten Kondensator.
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Die Aufgabe wird durch einen Kondensator gelöst, der ein Gehäuse mit einer Einlassöffnung zum Zuführen von Fluid in den Kondensator und einer Auslassöffnung zum Ausgeben des Fluids aus dem Kondensator und einem Kanalsystem zum fluidtechnischen Verbinden der Einlassöffnung und der Auslassöffnung umfasst, wobei das Kanalsystem innerhalb des Gehäuses angeordnet ist und einen Aufteilungsabschnitt, in dem das zugeführte Fluid auf eine Vielzahl von Kanälen aufgeteilt wird, und einen Gruppierungsabschnitt umfasst, in dem die Vielzahl von Kanälen zu einem Auslasskanal vereinigt wird, wobei ein erstes Ende des Auslasskanals in der Auslassöffnung endet und ein zweites Ende des Auslasskanals in dem Gruppierungsabschnitt endet, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abstand zwischen dem zweiten Ende des Auslasskanals und einem Gehäuseboden in einer vertikalen Richtung zwischen 0 % bis 80 % eines Abstands zwischen dem Gehäuseboden und einer oberen Gehäuseseite in einer vertikalen Richtung beträgt.
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Es wurde erkannt, dass ein starkes Erwärmen des Fluids, wie bei dem bekannten Kondensator, dadurch verhindert werden kann, dass das zweite Ende des Auslasskanals im Vergleich zum bekannten Kondensator an einer Position vorgesehen ist, die näher am Gehäuseboden angeordnet ist. Eine solche Anordnung des zweiten Endes des Auslasskanals ermöglicht, dass im Auslasskanal strömendes Fluid nicht so stark erwärmt wird wie bei den in der
WO 2017 012 718 A1 offenbarten Kondensatoren, da der Wärmebereich, in dem das Fluid beispielsweise durch einen Fluidtank erwärmt wird, niedriger ist als bei dem in
WO 2017 012 718 A1 offenbarten Kondensator. Insbesondere im Kondensator ist es möglich, dass das in den Kondensator eingeströmte Fluid zwischen der Einlassöffnung und dem Gruppierungsabschnitt insbesondere kontinuierlich abgekühlt wird. Nach Passieren des Gruppierungsabschnitts wird das abgekühlte Fluid leicht erwärmt, bis es den Kondensator durch die Auslassöffnung verlässt. Im Gegensatz zu dem in
WO 2017 012 718 A1 offenbarten Kondensator wird das Fluid zunächst gekühlt. Allerdings wird das Fluid auch erwärmt, bevor es den Auslasskanal erreicht.
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Diese Verbesserung trägt dazu bei, die Gesamteffizienz zu steigern, indem die Kapazität eines Expansionsventils erhöht wird, und verhindert, dass Gas im Auslasskanal erzeugt wird. Außerdem kann die Unterkühlung des Fluids verbessert werden, was zu einem geringen Leckagerisiko führt, wenn der Kondensator beispielsweise in einer Wärmepumpe verwendet wird.
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Der Kondensator weist auch ein kleines Kanalvolumen auf, um die Kältemittelbelastung zu reduzieren. Beispielsweise kann der Kondensator ein Volumen von 0,15 I (Liter) im Vergleich zu bekannten Kondensatoren mit einem Volumen von 3 I aufweisen.
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Eine Fluidverbindung kann eine Verbindung sein, die es ermöglicht, dass ein Fluid von einer Komponente zu einer anderen Komponente oder umgekehrt strömt. Als Fluidverbindungen kommen beispielsweise im Gehäuse vorgesehene Kanäle in Betracht, da sie eine Fluidströmung von der Einlassöffnung zur Auslassöffnung ermöglichen.
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Die Einlassöffnung kann mit einer Einlassleitung fluidtechnisch verbunden sein und die Auslassöffnung kann mit einer Auslassleitung fluidtechnisch verbunden sein. Die Einlassleitung und die Auslassleitung können jeweils fest an dem Kondensator angebracht sein. Insbesondere können die Einlassleitung und die Auslassleitung mit dem Kondensator, insbesondere dem Gehäuse, verschweißt sein.
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Das in der Einlassleitung und über die Einlassöffnung in den Kondensator strömende Fluid liegt üblicherweise zumindest teilweise in einer gasförmigen Phase vor. Das aus dem Kondensator über die Auslassöffnung in die Auslassleitung strömende Fluid liegt in flüssiger Phase vor. Somit tritt innerhalb des Kanalsystems eine Phasenänderung auf. Insbesondere findet die Phasenänderung statt, bevor die Flüssigkeit in den Auslasskanal des Kanalsystems strömt.
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Als „Gehäuseboden“ wird die Gehäuseseite des Kondensators angesehen, die in einem an einem Fluidtank angebrachten Zustand des Kondensators am geodätisch tiefsten Punkt des Gehäuses, bezogen auf den Erdboden, angeordnet ist. Als „obere Gehäuseseite“ wird die Gehäuseseite des Kondensators angesehen, die am geodätisch höchsten Punkt angeordnet ist, die somit am weitesten vom Erdboden entfernt positioniert ist. Der Gehäuseboden und die obere Gehäuseseite können sich parallel zueinander erstrecken und/oder zueinander gegenüberliegend angeordnet sein. In einem angebrachten Zustand sind der Gehäuseboden und die obere Gehäuseseite entlang der vertikalen Richtung voneinander beabstandet. Die vertikale Richtung ist parallel zu einer Schwerkraftrichtung.
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Der Abstand kann in einer Ebene bestimmt werden, die parallel zur vertikalen Richtung ausgerichtet ist und das zweite Ende des Auslasskanals und den Gehäuseboden und/oder die obere Gehäuseseite umfasst. Die Ebene schneidet den Gehäuseboden und/oder die obere Gehäuseseite und umfasst somit nicht die komplette Fläche des Gehäusebodens und/oder die komplette Fläche der oberen Gehäuseseite.
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Die sich zwischen dem Aufteilungsabschnitt und dem Gruppierungsabschnitt erstreckenden Kanäle können denselben Querschnitt aufweisen. Der Querschnitt kann entlang der Erstreckung des Kanals zwischen dem Aufteilungsabschnitt und dem Gruppierungsabschnitt konstant sein. Der Auslasskanal kann denselben Querschnitt wie die Kanäle aufweisen. Der Querschnitt des Auslasskanals kann zwischen dem ersten und dem zweiten Ende des Auslasskanals konstant sein.
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Das im Kondensator strömende Fluid kann ein natürliches Kältemittel sein, wie beispielsweise Ammoniak (NH3), Kohlendioxid (CO2) und Kohlenwasserstoffe, insbesondere Propan oder Isobutan. Weitere geeignete Kältemittel umfassen A2L, R32, R1234YF, R134a oder R410. Die Verwendung der Kältemittel R134a und R410 hat den Vorteil, dass die Belastung und/oder Kosten reduziert werden können.
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Wenn der Abstand zwischen dem zweiten Ende des Auslasskanals und dem Gehäuseboden 0 % des Abstands zwischen dem Gehäuseboden und der oberen Gehäuseseite beträgt, ist die Auslassöffnung direkt fluidtechnisch mit dem Gruppierungskanal verbunden. In diesem Fall entspricht der Auslasskanal der Auslassöffnung.
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Gemäß einer Ausführungsform kann ein Abstand zwischen dem zweiten Ende des Auslasskanals und einem Gehäuseboden in vertikaler Richtung kleiner sein als ein Abstand zwischen dem zweiten Ende des Auslasskanals und der oberen Gehäuseseite in vertikaler Richtung. Der Abstand zwischen dem zweiten Ende des Auslasskanals und dem Gehäuseboden kann zwischen 0 % bis 40 %, insbesondere 10 % bis 30 %, vorzugsweise 15 % bis 25 % des Abstands zwischen dem Gehäuseboden und der oberen Gehäuseseite betragen. Eine solche Ausführungsform hat den Vorteil, dass die Wärmemenge aus dem Fluidtank, die an das Fluid bereitgestellt wird, weiter reduziert wird.
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Im Fluidtank kann Wasser gespeichert werden. Das Wasser ist kälter als das in den Kondensator strömende Fluid, was dazu führt, dass das in den Kondensator strömende Fluid durch das im Tank bereitgestellte Wasser gekühlt wird. Jedoch ist, wie vorstehend besprochen, Wasser, das in einem oberen Bereich des Wassertanks angeordnet ist, aufgrund der Dichteunterschiede wärmer als Wasser, das in einem unteren Bereich des Wassertanks angeordnet ist. Dies führt dazu, dass das in zumindest einem Teil des Auslasskanals strömende Fluid durch das im Wassertank angeordnete Wasser aufgewärmt werden kann.
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Der Gruppierungsabschnitt kann so angepasst werden, dass die Vielzahl von Kanälen zu lediglich einem Auslasskanal vereint wird. In diesem Fall weist der Kondensator nur noch eine Auslassöffnung auf und die dem Fluid durch den Fluidtank zugeführte Wärmemenge wird weiter reduziert. Der Gruppierungsabschnitt kann einen gekrümmten, insbesondere kreisförmigen, Kanal umfassen. Die Vielzahl von Kanälen und der Auslasskanal können mit dem Kanal in direkter Fluidverbindung stehen. Der Aufteilungsabschnitt und der Gruppierungsabschnitt können die gleiche oder eine ähnliche Grundform aufweisen.
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Die Länge des Auslasskanals kann kleiner sein als die Länge eines Kanals, insbesondere die Länge jedes Kanals der Vielzahl von Kanälen, zwischen dem Aufteilungsabschnitt bis zu dem Gruppierungsabschnitt. Je kürzer die Länge des Auslasskanals ist, desto weniger kann das Fluid im Auslasskanal durch das Fluid des Fluidtanks erwärmt werden.
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Eine kurze Länge des Auslasskanals kann erreicht werden, wenn der Auslasskanal zwischen seinem ersten Ende und seinem zweiten Ende nur einen geraden Abschnitt umfasst oder aufweist. Der gerade Abschnitt kann sich in vertikaler Richtung erstrecken, wenn der Kondensator an dem Tank angebracht ist. Insbesondere kann der gerade Abschnitt so konfiguriert sein, dass eine Fluidströmungsrichtung senkrecht zu einer Fluidströmungsrichtung des in den Gruppierungsabschnitt strömenden Fluids ist. Insbesondere kann der gerade Abschnitt des Außenkanals länger sein als ein übriger Teil des Auslasskanals. Der übrige Teil kann den Gruppierungsabschnitt des Kanalsystems mit dem geraden Abschnitt des Auslasskanals fluidtechnisch verbinden. Das Vorsehen eines geraden Abschnitts hat den Vorteil, dass der Bereich für den Wärmeaustausch zwischen dem im Auslasskanal strömenden Fluid und dem Fluidtank minimiert wird. Wie vorstehend erläutert, wird der Kondensator erwärmt, nachdem es den Gruppierungsabschnitt passiert hat. Da ein gerader Abschnitt die kürzeste Möglichkeit ist, zwei Punkte zu verbinden, wird die Wärmebereich minimiert.
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Der Auslasskanal kann so angepasst sein, dass das Fluid zwischen dem zweiten Ende des Auslasskanals und dem ersten Ende des Auslasskanals nicht umgeleitet wird. Dies kann realisiert werden, wenn der Auslasskanal lediglich einen geraden Abschnitt umfasst. Dann kann sich der gerade Abschnitt in einer Richtung, insbesondere einer horizontalen Richtung, erstrecken, die parallel zur oberen Gehäuseseite sein kann.
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Alternativ kann das im Auslasskanal strömende Fluid lediglich einmal zwischen dem zweiten Ende des Auslasskanals und dem ersten Ende des Auslasskanals umgeleitet werden. Dies kann erforderlich sein, wenn die Auslassöffnung an der oberen Gehäuseseite angeordnet ist.
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Gemäß einer Ausführungsform können die Auslassöffnung und die Einlassöffnung an der oberen Gehäuseseite angeordnet sein. Alternativ sind die Auslassöffnung und die Einlassöffnung auf unterschiedlichen Gehäuseseiten angeordnet. Insbesondere kann die Einlassöffnung an der oberen Gehäuseseite und die Auslassöffnung an einer seitlichen Gehäuseseite angeordnet sein. Die seitliche Gehäuseseite verbindet die obere Gehäuseseite mit dem Gehäuseboden. Alternativ ist die Auslassöffnung am Gehäuseboden angeordnet. In diesem Fall wird die Wärmeübertragung vom Fluidtank auf das in dem Auslasskanal strömende Fluid weiter reduziert.
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Das Gehäuse kann angepasst sein, um flexibel zu sein, sodass es einfach an dem Fluidtank befestigt werden kann. Zusätzlich kann das Gehäuse derart angepasst sein, dass ein Gehäuseteil, der zumindest einen Teil des Auslasskanals umfasst, von einem übrigen Gehäuseteil hervorsteht. Der Gehäuseteil kann zumindest einen Teil des geraden Abschnitts des Auslasskanals umfassen. Zumindest ein Teil des Gehäuseteils und das übrige Gehäuseteil können voneinander versetzt angeordnet sein. Insbesondere kann der Gehäuseteil in radialer Richtung in Bezug auf den Fluidtank von dem übrigen Gehäuseteil hervorstehen. Das Gehäuse kann einen Schlitz umfassen, der zumindest einen Teil des Gehäuseteils von dem übrigen Gehäuseteil trennt. Insbesondere kann sich der Schlitz von der oberen Gehäuseseite zum Gehäuseboden hin erstrecken. Das Vorsehen des Schlitzes vereinfacht das Biegen des Gehäuseteils, sodass es von dem übrigen Gehäuseteil hervorsteht. Zusätzlich reduziert der Schlitz die Wärmeleitung.
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Das Gehäuse kann eine rechteckige Form aufweisen, wobei die obere Gehäuseseite und der Gehäuseboden die längeren Seiten des Rechtecks bilden können. Alternativ kann das Gehäuse andere Formen aufweisen. Insbesondere kann das Gehäuse eine kreisförmige Form oder eine quadratische Form aufweisen. Die Formgebung hängt von der Anwendung des Kondensators ab.
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Ein Abstand zwischen zwei Kanälen der Vielzahl von Kanälen in einer Richtung entlang der kurzen Seite des Gehäuses ist kürzer als ein Abstand zwischen mindestens einem Teil des Auslasskanals und den Kanälen der Vielzahl von Kanälen in einer anderen Richtung entlang der Längsseite des Gehäuses. Insbesondere kann der Abstand zwischen dem geraden Abschnitt des Auslasskanals und einer weiteren Ebene, die die maximale Erstreckung eines Kanals, insbesondere jedes der Kanäle, aufweist und auf den geraden Abschnitt gerichtet ist, kürzer sein als der Abstand zwischen den Kanälen. Eine derartige Anordnung des Auslasskanals stellt sicher, dass zwischen dem Auslasskanal und den Kanälen ein Abstandsbereich besteht, sodass der Wärmeeintrag von dem in den Kanälen strömenden Fluid zu dem im Auslasskanal strömenden Fluid aufgrund von Wärmeleitung gering ist.
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Gemäß einer Ausführungsform erstreckt sich mindestens ein Kanal der Vielzahl von Kanälen, die sich zwischen dem Aufteilungsabschnitt und dem Gruppierungsabschnitt erstrecken, in einem gewundenen Muster. Insbesondere erstrecken sich alle Kanäle der Vielzahl von Kanälen in dem gewundenen Muster. Ein solches Muster vergrößert den Wärmeübertragungsbereich, sodass ohne Weiteres sichergestellt ist, dass das in den Kanälen strömende Fluid von der Gasphase in die flüssige Phase übergeht.
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Die Anzahl von Kanälen, die sich zwischen dem Aufteilungsabschnitt und dem Gruppierungsabschnitt erstrecken, kann konstant sein. Das heißt, es gibt keinen anderen Gruppierungsabschnitt, durch den die Anzahl von Kanälen reduziert wird. Die Kanalanzahl kann konstant gehalten werden, da das jeweilige Kanalvolumen nahezu vollständig mit Fluid gefüllt werden kann. Insbesondere können 90 % des Kanalvolumens mit Fluid gefüllt werden.
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Das Gehäuse kann ein walzplattiertes Gehäuse sein. Walzplattieren ist ein Schweißverfahren, bei dem zwei oder mehr Platten durch einen Satz von Walzen, die einen extremen Druck erzeugen, miteinander verschweißt werden. Als Ergebnis tritt eine Verbindung auf und ein neues Produkt wird durch die beiden Platten gebildet. Ein solches walzplattiertes Gehäuse hat den Vorteil, dass es flexibel ist und somit ohne Weiteres an einem zylindrischen Fluidtank befestigt werden kann, wobei sichergestellt wird, dass die Kontaktfläche zwischen dem Gehäuse und dem Fluidtank groß ist.
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Das Gehäuse kann aus zwei miteinander gebondeten, insbesondere walzplattierten oder verlöteten oder verschweißten Platten bestehen. Eine dieser Platten kann geprägt sein, um das Kanalsystem zu bilden. Das Prägen kann vor dem Zusammenfügen der Platten durchgeführt werden. Alternativ kann das Prägen nach dem Zusammenfügen der Platten erfolgen, beispielsweise durch Aufblasen. Dabei wird auf eine der Platten in einem das Kanalsystem nachbildenden Muster ein Diffusionssperrmittel aufgebracht, sodass die beiden Platten an den Ort der späteren Kanäle nicht gebunden sind. Anschließend wird das Kanalsystem durch Aufblasen in Heißverformung hergestellt. Die Platten können Aluminiumplatten sein.
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Das Gehäuse kann eine Durchgangsbohrung für eine Fluideinlassverbindung des Fluidtanks umfassen. Die Durchgangsbohrung kann so angeordnet sein, dass Kanäle des Kanalsystems die Durchgangsbohrung umlaufen müssen, wobei eine Verschiebung der Kanäle zur oberen Gehäuseseite möglichst gering gehalten wird.
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Der Gehäuseboden kann ein Ausrichtmittel zum Ausrichten des Kondensators in einer Winkelrichtung umfassen. Somit kann der Kondensator ohne Weiteres in einer korrekten Ausrichtung an dem Fluidtank angebracht werden. Das Ausrichtmittel kann ein Schlitz am Gehäuseboden sein.
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Die Einlassöffnung kann in einem durch mindestens eine Nut vom übrigen Gehäuse getrennten Einlassabschnitt des Gehäuses angeordnet sein. Zusätzlich kann die Auslassöffnung in einem durch mindestens eine weitere Nut vom übrigen Gehäuse getrennten Auslassabschnitt des Gehäuses angeordnet sein. Der Einlassabschnitt und der Auslassabschnitt können aufgrund des Vorsehens der Nuten ohne Weiteres gebogen werden. Dies vereinfacht die Verbindung der Einlassleitung mit der Einlassöffnung, da der Einlassabschnitt in die benötigte Position gebogen werden kann. Gleiches gilt für die Verbindung des Auslassabschnitts mit der Auslassleitung.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist ein Wärmeübertragungssystem bereitgestellt. Das Wärmeübertragungssystem umfasst einen Fluidtank und mindestens einen erfindungsgemäßen Kondensator, wobei der Kondensator an dem Fluidtank angebracht ist. Der Kondensator kann an einem unteren Bereich des Fluidtanks angebracht sein.
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Ein Isolierelement kann zwischen dem Gehäuseteil, das mindestens einen Teil des Auslasskanals umfasst, und dem Fluidtank angeordnet sein. Dies ist möglich, da das Gehäuseteil von dem übrigen Gehäuse hervorstehen kann. Durch das Vorsehen des Wärmeisolierelements ist es möglich, die Wärmemenge aus dem Fluidtank in das im Auslasskanal strömende Fluid zu reduzieren.
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Ein weiterer Kondensator ist vorgesehen, wobei der Kondensator und der weitere Kondensator durch ein Verbindungsmittel miteinander verbunden sind. Das Gehäuseteil kann auf dem Verbindungsmittel aufliegen, wenn die Kondensatoren miteinander verbunden sind.
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Gemäß einer Ausführungsform ist eine Wärmepumpe bereitgestellt. Die Wärmepumpe kann das Wärmeübertragungssystem, eine Pumpe zum Umwälzen des Fluids innerhalb eines Fluidkreislaufs der Wärmepumpe, einen Verdampfer und ein Expansionsventil umfassen. Der Kondensator, die Pumpe, der Verdampfer und das Expansionsventil sind fluidtechnisch miteinander verbunden. Das im Fluidtank gespeicherte Fluid steht in keiner Fluidverbindung mit dem Kondensator, der Pumpe, dem Verdampfer und dem Expansionsventil. Die Wärmepumpe kann Teil einer Luftwärmepumpe oder einer Erdwärmepumpe sein.
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In den Figuren ist der Gegenstand der Erfindung schematisch dargestellt, wobei gleiche oder gleich wirkende Elemente üblicherweise mit gleichen Bezugszeichen versehen sind.
- 1 zeigt eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Kondensators gemäß einer ersten Ausführungsform,
- 2 zeigt einen Querschnitt eines Teils des Kondensators, wie in 1 gezeigt,
- 3 zeigt ein Wärmeübertragungssystem, das den in 1 gezeigten Kondensator umfasst,
- 4 zeigt einen Querschnitt eines Teils eines in 3 gezeigten Wärmeübertragungssystems,
- 5 zeigt eine schematische Ansicht einer Wärmepumpe mit dem Kondensator, wie in 1 gezeigt,
- 6 zeigt einen Gruppierungsabschnitt eines Kondensators gemäß einer zweiten Ausführungsform,
- 7 zeigt einen Gruppierungsabschnitt eines Kondensators gemäß einer dritten Ausführungsform.
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1 zeigt einen Kondensator 1, der ein Gehäuse 2 und ein Kanalsystem 5 umfasst. Das Gehäuse weist eine Einlassöffnung 3 zum Zuführen von Fluid in den Kondensator 1 auf. Das zugeführte Fluid kann in einer Gasphase vorliegen. Außerdem weist das Gehäuse 2 eine Auslassöffnung 4 zum Ausgeben des Fluids aus dem Kondensator 1 auf. Das ausgegebene Fluid kann in einer flüssigen Phase vorliegen.
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Das Kanalsystem 5 wird zur fluidtechnischen Verbindung der Einlassöffnung 3 und der Auslassöffnung 4 verwendet und ist innerhalb des Gehäuses 2 angeordnet. Das Kanalsystem 5 umfasst einen Aufteilungsabschnitt 6, in dem das zugeführte Fluid auf eine Vielzahl von Kanälen 7 aufgeteilt wird. Insbesondere ist ein Einlasskanal 30 vorgesehen, der die Einlassöffnung 3 mit dem Aufteilungsabschnitt 6 fluidtechnisch verbindet. Zusätzlich umfasst das Kanalsystem 5 einen Gruppierungsabschnitt 8, in dem die Vielzahl von Kanälen 7 zu einem einzelnen Auslasskanal 9 vereint wird. Der Gruppierungsabschnitt 8 ist von dem in 1 gezeigten gepunkteten Rechteck umgeben. Ein erstes Ende 10 des Auslasskanals 9 endet in der Auslassöffnung 4 und ein zweites Ende 11 des Auslasskanals 9 endet in dem Gruppierungsabschnitt 8.
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Der Auslasskanal 9 ist derart gebildet, dass ein Abstand d1 zwischen dem zweiten Ende 11 des Auslasskanals 9 und einem Gehäuseboden 12 in einer vertikalen Richtung V zwischen 0 % bis 80 % eines Abstands d2 zwischen dem Gehäuseboden 12 und einer oberen Gehäuseseite 13 in der vertikalen Richtung V beträgt. Die Abstände d1, d2 können in einer Ebene 14 bestimmt werden, die das zweite Ende 11 des Auslasskanals 9 und einen Teil des Gehäusebodens 12 und einen Teil der oberen Gehäuseseite 13 umfasst. Insbesondere beträgt der Abstand d1 etwa weniger als 50 % des Abstands d2, vorzugsweise weniger als 30 % des Abstands d2, insbesondere weniger als 15 % des Abstands d2.
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Die Einlassöffnung 3 ist fluidtechnisch mit einer Einlassleitung 31 verbunden. Die Einlassleitung 31 ist fest an dem Gehäuse 2 angebracht. Die Auslassöffnung 4 ist fluidtechnisch mit einer Auslassleitung 32 verbunden. Die Auslassleitung 32 ist fest an dem Gehäuse 2 angebracht.
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Das Gehäuse 2 umfasst einen Einlassabschnitt 22, der die Einlassöffnung 3 umfasst. Das Gehäuse 2 umfasst zwei Nuten 23, die den Einlassabschnitt 22 von anderen Gehäuseabschnitten trennen. Die zwei Nuten 23 ermöglichen, dass der Einlassabschnitt 22 ohne Weiteres gebogen werden kann. Das Gehäuse 2 umfasst auch einen Auslassabschnitt 24, der die Auslassöffnung 4 umfasst. Zusätzlich weist das Gehäuse 2 zwei weitere Nuten 25 auf, die den Auslassabschnitt 24 von anderen Gehäuseabschnitten trennen. Die zwei weiteren Nuten 25 ermöglichen, dass der Auslassabschnitt 24 ohne Weiteres gebogen werden kann.
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Das Kanalsystem 5 umfasst eine konstante Anzahl von Kanälen 7, die sich zwischen dem Aufteilungsabschnitt 6 und dem Gruppierungsabschnitt 8 erstrecken. Die Kanäle 7 erstrecken sich jeweils in einem gewundenen Muster. Gewunden beschreibt eine unregelmäßig oder regelmäßig gekrümmte und schlängelnde Gestaltung des Kanals.
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Der Auslasskanal 9 weist einen geraden Abschnitt 15 auf, der in der Auslassöffnung 4 endet. Der gerade Abschnitt 15 ist länger als der übrige Abschnitt des Auslasskanals 9. Der übrige Abschnitt umfasst das zweite Ende 11 des Auslasskanals 9, das in dem Gruppierungsabschnitt 8 endet. Fluid wird in dem Gruppierungsabschnitt 8 vereinigt und in den Auslasskanal 9 einströmendes Fluid wird einmal umgeleitet, bevor es aus dem Kondensator mittels der Auslassöffnung 4 ausströmt.
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Das Gehäuse 2 weist eine rechteckige Form auf. Die obere Gehäuseseite13 und der Gehäuseboden 12 bilden die Längsseiten des rechteckigen Gehäuses. Die Einlass- und Auslassöffnung 3, 4 sind an der oberen Gehäuseseite angeordnet. Das Gehäuse 2 umfasst ein Gehäuseteil 16, in dem der gerade Abschnitt 15 des Auslasskanals 9 angeordnet ist. Das Gehäuseteil 16 ist in 1 schraffiert dargestellt. Zumindest ein Teil des Gehäuseteils 16 ist durch einen Schlitz 18 von einem übrigen Gehäuseteil 17 getrennt.
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Der Schlitz 18 erstreckt sich von der oberen Gehäuseseite 13 zum Gehäuseboden 12 hin, endet aber vor Erreichen des Gehäusebodens 12. Der Schlitz 18 ermöglicht, dass das Gehäuseteil 16 ohne Weiteres gebogen werden kann, sodass das Gehäuseteil 16 teilweise von dem übrigen Gehäuseteil 17 hervorsteht, wenn es an dem Fluidtank 20 befestigt ist, wie in 4 gezeigt.
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Das Gehäuse 2 umfasst eine Vielzahl von Befestigungsöffnungen 33, über die der Kondensator 1 mit dem Fluidtank 20 verbunden und/oder mit einem anderen Kondensator verbunden werden kann. Die Befestigungsöffnungen 33 können entlang der seitlichen Gehäuseseiten des Gehäuses 2 angeordnet sein, die die obere Gehäuseseite 13 mit dem Gehäuseboden 12 verbinden. Die Befestigungsöffnungen 33 sind in einem Abstand voneinander angeordnet.
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Am Gehäuseboden 12 ist ein Ausrichtmittel 21 angeordnet. Das Ausrichtmittel 21 hat die Form einer Aussparung und wird verwendet, um den Kondensator in einer winkelrichtigen Position auf dem Fluidtank 20 zu positionieren. Das Gehäuse 2 umfasst eine Durchgangsbohrung 19 zum Aufnehmen einer Fluideinlassverbindung 37, wie in 3 gezeigt.
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2 zeigt einen Querschnitt eines Teils des Kondensators 1. Insbesondere zeigt 2 einen Querschnitt des Gehäuses 2, das einen Kanal 7 umfasst. Das Gehäuse umfasst eine erste Platte 34, die eine ebene Form hat, und eine zweite Platte 35, die geprägt ist. Insbesondere ist die zweite Platte 35 so geprägt, dass der Kanal 7 zwischen der ersten Platte 34 und der zweiten Platte 35 gebildet wird. Die zweite Platte 35 ist derart geprägt, dass das vorstehend beschriebene Kanalsystem 5 gebildet wird. Die erste und zweite Platte 34, 35 werden walzplattiert, sodass das Gehäuse 2 als Endprodukt des Walzplattierverfahrens entsteht.
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3 zeigt ein Wärmeübertragungssystem 26, das den Kondensator 1 umfasst, wie er in 1 gezeigt ist. Das Wärmeübertragungssystem 26 umfasst zusätzlich zu dem Kondensator 1 einen Fluidtank 20. Der Fluidtank 20 speichert ein Fluid wie Wasser und wird verwendet, um das im Kondensator 1 strömende Fluid zu kühlen. In der in 3 gezeigten Ausführungsform ist eine Spule innerhalb des Fluidtanks 20 angeordnet. Der Kondensator 1 kann auch an einem Fluidtank 20 angebracht werden, der keine Spule aufweist.
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Der Kondensator 1 steht in direktem Kontakt mit dem Fluidtank 20 und ist in einem unteren Bereich, insbesondere dem tiefsten Bereich, des Fluidtanks 20 angeordnet. Dazu ist das Gehäuse 2 flexibel, sodass es sich an die Form des Fluidtanks 20 anpassen kann.
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Das Wärmeübertragungssystem 26 umfasst einen weiteren Kondensator 28, der ebenfalls mit dem Fluidtank 20 in Kontakt steht. Die beiden Kondensatoren 1, 28 sind durch eine Vielzahl von Verbindungsmitteln 36 miteinander verbunden. Jedes der Verbindungsmittel 36 steht mit der Befestigungsöffnung 33 des jeweiligen Kondensators 1, 28 in Eingriff.
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Der Fluidtank 20 umfasst eine Fluideinlassverbindung 37. Die Fluideinlassverbindung 37 erstreckt sich durch die Durchgangsbohrung 19 des Gehäuses 2 hindurch. Mittels der Fluideinlassverbindung 37 kann Fluid in den Fluidtank 20 zugeführt werden.
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4 zeigt einen Querschnitt eines Teils eines Wärmeübertragungssystems 26, das den Kondensator 1 umfasst, entlang dem in 3 gezeigten Schnitt A-A. 4 zeigt jedoch nicht die Verbindungsmittel 36, die verwendet werden, um die zwei Kondensatoren 1, 28 miteinander zu verbinden. 4 zeigt nur eine Wand des Fluidtanks 20, an der der Kondensator 1 angebracht ist.
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Wie vorstehend beschrieben, wird das Gehäuseteil 16 von dem übrigen Gehäuseteil 17, das in 1 gezeigt ist, entlang einer radialen Richtung R in Bezug auf den Fluidtank 20 gebogen. Insbesondere ist das Gehäuseteil 16 derart gebogen, dass ein Abschnitt des Gehäuseteils 16 zum übrigen Gehäuseteil 17 versetzt angeordnet ist. Das heißt, dieser Abschnitt des Gehäuseteils 16 steht nicht in direktem Kontakt mit dem Fluidtank 20, dem übrigen Gehäuseteil 17 des Gehäuses, sondern es wird ein Zwischenraum zwischen dem Fluidtank 20 und dem Abschnitt des Gehäuseteils 16 gebildet.
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In diesem Zwischenraum ist ein Wärmeisolierelement 27 angeordnet und isoliert somit den Fluidtank vom Auslasskanal 9, insbesondere dem geraden Abschnitt 15 des im Gehäuseteil 16 angeordneten Auslasskanals 9.
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5 zeigt eine schematische Ansicht einer Wärmepumpe 29, die den Kondensator 1 umfasst. Wie in 3 erläutert, ist der Kondensator 1 an dem Fluidtank 20 angebracht. Die Wärmepumpe 29 umfasst außerdem eine Pumpe 38 zum Umwälzen des Fluids in einem Fluidkreislauf der Wärmepumpe 29, einen Verdampfer 39 und ein Expansionsventil 40. Der Kondensator 1, Pumpe 38, Verdampfer 39 und Expansionsventil 40 sind fluidtechnisch miteinander verbunden.
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6 zeigt einen Gruppierungsabschnitt 8 eines Kondensators gemäß einer anderen Ausführungsform. Der Gruppierungsabschnitt 8 unterscheidet sich von dem in 1 gezeigten Gruppierungsabschnitt darin, dass er einen kreisförmigen Kanal 41 umfasst. Die Kanäle 7 sind direkt mit dem kreisförmigen Kanal 41 verbunden. Außerdem ist der Auslasskanal 9, insbesondere das zweite Ende 11 des Auslasskanals, direkt mit dem kreisförmigen Kanal 41 verbunden. Alternativ kann der Gruppierungsabschnitt 8 so konfiguriert sein, dass die Kanäle 7 direkt mit dem zweiten Ende 11 des Auslasskanals 9 verbunden sind. Eine solche Ausführungsform ist in 1 gezeigt.
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Der Aufteilungsabschnitt 6 und der Gruppierungsabschnitt 8 des Kondensators 1 können die gleiche oder eine ähnliche Grundform aufweisen.
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7 zeigt einen Gruppierungsabschnitt 8 eines Kondensators gemäß einer dritten Ausführungsform. Die dritte Ausführungsform unterscheidet sich von der zweiten Ausführungsform in der Form des Gruppierungsabschnitts 8. Der Gruppierungsabschnitt 8 umfasst zwei Vereinigungskanäle 42, die an einem Ende direkt mit zwei Kanälen 7 verbunden sind und am anderen Ende direkt mit dem zweiten Ende 11 des Auslasskanals 9 verbunden sind.
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Bezugszeichen
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- 1
- Kondensator
- 2
- Gehäuse
- 3
- Einlassöffnung
- 4
- Auslassöffnung
- 5
- Kanalsystem
- 6
- Aufteilungsabschnitt
- 7
- Kanal
- 8
- Gruppierungsabschnitt
- 9
- Auslasskanal
- 10
- erstes Ende des Auslasskanals
- 11
- zweites Ende des Auslasskanals
- 12
- Gehäuseboden
- 13
- obere Gehäuseseite
- 14
- Ebene
- 15
- gerader Abschnitt
- 16
- Gehäuseteil
- 17
- übriger Gehäuseteil
- 18
- Schlitz
- 19
- Durchgangsbohrung
- 20
- Fluidtank
- 21
- Ausrichtmittel
- 22
- Einlassabschnitt
- 23
- Nute
- 24
- Auslassabschnitt
- 25
- weitere Nute
- 26
- Wärmeübertragungssystem
- 27
- Isolierelement
- 28
- weiterer Kondensator
- 29
- Wärmepumpe
- 30
- Einlasskanal
- 31
- Einlassleitung
- 32
- Auslassleitung
- 33
- Befestigungsöffnung
- 34
- erste Platte
- 35
- zweite Platte
- 36
- Verbindungsmittel
- 37
- Fluideinlassverbindung
- 38
- Pumpe
- 39
- Verdampfer
- 40
- Expansionsventil
- 41
- gekrümmter, insbesondere kreisförmiger, Kanal
- 42
- Kombinationskanal
- R
- radiale Richtung
- V
- vertikale Richtung
- d1
- Abstand zwischen dem zweiten Ende des Auslasskanals und einem Gehäuseboden
- d2
- Abstand zwischen dem Gehäuseboden und einer oberen Gehäuseseite
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2017012718 A1 [0003, 0007]