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Gebiet
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Diese Offenbarung bezieht sich auf Heizungs-, Lüftungs- und Klimatisierungs-(„HLK”)-Anwendungen, -Systeme und -Verfahren, und im Spezielleren auf einen Unterkühler mit einer Kühlmittelverdrängungsvorrichtung, die zur Verwendung mit einem Kondensator in HLK-Komponenten, -Einheiten und -Systemen geeignet sein kann.
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Hintergrund
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Bekanntlich werden Unterkühler in Mantel-und-Röhren-Wärmeaustauschern wie etwa in Kondensatoren von wassergekühlten HLK-Kältemaschinen und die unter der Kondensationsstemperatur arbeiten, verwendet. Die Unterkühlerkonzeption wird typischerweise durch die Wärmeaustauschrohrgeometriegrößen- und Mantelgrößenzulässigkeit im Mantel-und-Röhren-Wärmeaustauscher diktiert.
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Bestehende Unterkühlerkonzeptionen können separate Gehäuse sein, die beispielsweise von eigenständigen Umhüllungen innerhalb eines Kondensatormantels bis zu separaten, geschweißten Gehäusen innerhalb des Kondensatormantels reichen.
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Andere Unterkühlerkonzeptionen nutzen möglicherweise kein separates Gehäuse und verwenden stattdessen einen Teil der Kondensatormantelwände als Teil des Unterkühlergehäuses.
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Zusammenfassung
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Derartige Unterkühlerkonzeptionen, die wie oben beschrieben eigenständige Umhüllungen sein können, sind oftmals geschweißte Gehäuse, um Leckage und Bypass zu verhindern. Die Kosten solcher Unterkühlerkonzeptionen können hoch sein. Derartige oben beschriebene Unterkühlerkonzeptionen, die möglicherweise die Kondensatormantelwände als Teil des Unterkühlergehäuses nutzen, haben eine relativ höhere Kühlmittelbeschickung als eigenständige Umhüllungskonzeptionen und können signifikant mehr Durchflussquerschnitts-/reduzierte Durchflussgeschwindigkeiten haben.
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Auch können zukünftige Kühlmittelsteuern und/oder höhere Preis bei neuen, alternativen Kühlmitteln, den Bau solcher Konzeptionen einschränken, die Teilbereiche der Kondensatormantelwand nutzen. Außerdem kann es sein, dass dort, wo reduzierte Durchflussgeschwindigkeiten bestehen, die Unterkühlerleistung leidet und zusätzliche Rohrquerschnittsfläche erfordert, um den Mangel an Wärmeübertragungsleistung aufzufangen.
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Eine wie hier beschriebene und in den Figuren gezeigte Kühlmittelverdrängungsvorrichtung kann Leistungs- und Kostenfragen angehen, die möglicherweise mit solchen wie vorstehend beschriebenen Unterkühlerkonzeptionen verbunden sind, indem nicht nur eine Kühlmittelbeschickung durch den Unterkühler minimiert wird, sondern auch der freie Durchflussquerschnitt minimiert wird, um eine Durchflussgeschwindigkeit über die Unterkühlerrohre zu erhöhen.
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In einer Ausführungsform ist eine Kühlmittelverdrängungsvorrichtung eine Leitplattenstruktur, die einen Hauptkörper hat, der sich dazu eignet, in einen Unterkühler, beispielsweise in der Richtung, in der sich Wärmeaustauschrohre erstrecken, z. B. in einer Ende-zu-Ende- oder Längsrichtungsanordnung eingesetzt zu werden. Der Hauptkörper verdrängt Kühlmittel physikalisch aus einem Volumen oder freien Durchflussquerschnitten im Gehäuse des Unterkühlers, die ansonsten vom Kühlmittel eingenommen werden würden. Der Hauptkörper hat eine Anzahl von Öffnungen durch den Hauptkörper hindurch, und durch die Wärmeaustauschrohre geeignet eingesetzt werden können. Die Öffnungen haben eine Herausragung (Herausragungen), um einen Raum zwischen einem Außendurchmesser der Wärmeaustauschrohre und Flächen an der Leitplatte zu schaffen, die durch die Öffnungen entstanden sind. Während eines Einheiten-, System-, Komponentenbetriebs wird ermöglicht, dass ein Kühlmittel durch die Öffnungen zwischen der Leitplatte und den Wärmeaustauschrohren fließt, und das Kühlmittel wird so geleitet, dass es nahe an den Wärmeaustauschrohren fließt.
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In einer Ausführungsform kann es sich bei der Verdrängungsvorrichtung um eine Reihe von Leitplatten, wobei jede der Leitplatten eine andere Tiefe (z. B. eine Abmessung entlang der Rohrlänge) haben kann, oder in manchen Ausführungsformen um eine Extrusion oder einige größere extrudierte Teile handeln. In manchen Ausführungsformen, ob nun eine Reihe von Leitplatten, extrudierten Teilen oder eine einzelne Extrusion vorhanden ist, kann sich die Kühlmittelverdrängungsvorrichtung entlang eines Großteils oder ca. über die gesamte durch den Unterkühler verlaufende Wärmeaustauschrohrlänge erstrecken.
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In einer Ausführungsform kann die Kühlmittelverdrängungsvorrichtung geeignet in ein HLK-System, beispielsweise in einen Kondensator eingebaut sein. In manchen Ausführungsformen kann die Kühlmittelverdrängungsvorrichtung geeignet in einen Unterkühler mit einer zweckgebundenen, eigenständigen Umhüllung eingebaut sein. In manchen Ausführungsformen kann die Kühlmittelverdrängungsvorrichtung geeignet in einen Unterkühler eingebaut sein, der einen Teilbereich der Kondensatormantelwände nutzt.
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In einer Ausführungsform umfasst ein Verfahren zum Betreiben eines Unterkühlers in einem Kondensator einer HLK-Einheit oder eines HLK-Systems: Bewirken, dass ein Kühlmittel in einen Einlass eines Unterkühlers eintritt; Bewirken, dass das Kühlmittel durch Öffnungen einer Kühlmittelverdrängungsvorrichtung fließt; Bewirken, dass das Kühlmittel durch die Kühlmittelverdrängungsvorrichtung so geleitet wird, dass es in Bereichen zwischen Flächen der Leitplatte, die durch die Öffnungen geschaffen sind, und der Außenfläche der Wärmeaustauschrohre nahe an den Wärmeaustauschrohren fließt; Bewirken, dass das Kühlmittel in Bereichen im Unterkühler, die von den Wärmeaustauschrohren entfernt sind, und zum Gehäuse des Unterkühlers hin nicht, und nicht nahe den Wärmeaustauschrohren physikalisch präsent ist; und Unterkühlen des Kühlmittels, während die Kühlmittelbeschickung durch den Unterkühler reduziert und die Durchflussgeschwindigkeit nahe an den Wärmeaustauschrohren erhöht wird.
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In manchen Ausführungsformen umfasst das Verfahren darüber hinaus, zu bewirken, dass das Kühlmittel so durch ringförmig gestaltete Räume fließt, die durch Herausragungen an den Öffnungen der Leitplatte geschaffen sind, dass das Kühlmittel zwischen den Öffnungen der Leitplatte und darin eingesetzten Wärmetauscherrohren fließt.
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Andere Merkmale und Aspekte des Systeme, Verfahren und Steuerkonzepte werden durch Betrachtung der folgenden ausführlichen Beschreibung und der beigefügten Zeichnungen offensichtlich.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Nun wird Bezug auf die Zeichnungen genommen, in denen gleiche Bezugszahlen durchgehend entsprechende Teile darstellen.
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1 ist eine Endansicht einer Ausführungsform einer Kühlmittelverdrängungsvorrichtung und zeigt schematisch eine Tiefe von Ende zu Ende, die variieren kann.
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2 ist eine schematische Ansicht eines offenen Endes eines Kondensators eines HLK-Systems mit einem Unterkühler, der einen Teilbereich der Kondensatormantelwände als Unterkühlergehäuse nutzt.
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3 ist eine schematische Ansicht eines offenen Endes eines anderen Kondensators eines HLK-Systems mit einem Unterkühler als separates, eigenständiges Gehäuse.
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4 zeigt eine schematische Seitenansicht einer Kühlmittelverdrängungsvorrichtung, die in einen Unterkühler eingebaut ist.
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Ausführliche Beschreibung
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Eine Kühlmittelverdrängungsvorrichtung ist beschrieben und in den Zeichnungen gezeigt, die Leistungs- und Kostenfragen angehen kann, die möglicherweise mit solchen wie vorstehend beschriebenen Unterkühlerkonzeptionen verbunden sind, indem nicht nur eine Kühlmittelbeschickung durch den Unterkühler minimiert wird, sondern auch der freie Durchflussquerschnitt minimiert wird, um eine Durchflussgeschwindigkeit über die Unterkühlerrohre zu erhöhen. Im Allgemeinen ist die Kühlmittelverdrängungsvorrichtung eine Leitplattenstruktur oder -konstruktion und Anordnung einer Reihe von Leitplatten, die sich zur Verwendung in einem Unterkühler eignen.
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Die Nutzung einer oder mehrerer Kühlmittelverdrängungsleitplatten ermöglicht eine Kühlmittelminimierung, trägt aber auch dazu bei, einen Hochgeschwindigkeitskühlmitteldurchfluss nahe an den und um die Wärmeaustauschrohre/n zu konzentrieren, um Wärme vom Kühlmittel weg in das Kühlfluid im Inneren der Wärmeaustauschrohre zu leiten. Eine Kühlmittelbeschickung kann reduziert und/oder ein Kältemaschinenwirkungsgrad erhöht und/oder Kupferverrohrungskosten eingespart werden. Die hiesige Kühlmittelverdrängungsvorrichtung kann Flexibilität in jeder Art von Unterkühler, z. B. eigenständigen Umhüllungskonzeptionen und Konzeptionen, die einen Teilbereich der Kondensatormantelwand als Unterkühlergehäuse verwenden, ermöglichen, indem eine Kühlmittelverdrängungsvorrichtung wie etwa eine Leitplatte (Leitplatten) genutzt wird (werden), um eine Kühlmittelbeschickung durch Verdrängung zu reduzieren. Die Kühlmittelverdrängungsvorrichtung kann auch eine Wärmeübertragungsleistung im Unterkühler steigern, indem Durchflussquerschnitte minimiert werden und ein Kühlmitteldurchfluss in einem Durchflussringraum um die Unterkühlerverrohrung herum konzentriert wird.
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Die Kühlmittelverdrängungsvorrichtung kann in einem Unterkühler, beispielsweise in einem Kondensator einer wassergekühlten Kältemaschine oder einem HLK-Einheitsprodukt genutzt werden, in der bzw. dem die Kühlmittelverdrängungsvorrichtung eine physische Struktur wie etwa eine oder mehrere verdrängende Leitplatte/n ist.
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1 ist eine Endansicht einer Ausführungsform einer Kühlmittelverdrängungsvorrichtung und zeigt auch schematisch eine Tiefe von Ende zu Ende, die variieren kann.
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Bei der Kühlmittelverdrängungsvorrichtung kann es sich um eine oder mehrere Leitplatten handeln. Eine beispielhafte Leitplatte „A” ist in 1 gezeigt, die in einer Kühlmittelverdrängungsvorrichtung verwendet werden kann. Die Leitplatte A ist beispielsweise von einer Seite gezeigt, als wäre sie in einer Kältemaschine eingesetzt und die Ansicht der Kältemaschine von einem Ende her vorgenommen würde. Die Leitplatte A hat eine Struktur 1, die Kühlmittel physikalisch daran hindert, bestimmte Räume im Inneren des Unterkühlers einzunehmen, wenn die Leitplatte A installiert ist. Wie gezeigt, hat die Leitplatte A eine Anzahl von Öffnungen 2, durch die Wärmeaustauschrohre eingesetzt werden können. Die Öffnungen haben Vorsprünge oder Herausragungen 4, die einen Raum wie etwa einen Ringraum oder eine Ringform zwischen einer Außenfläche eines Wärmeaustauschrohrs, das durch die Öffnungen 2 eingesetzt werden kann, und dem Innendurchmesser oder der umfangsgleichen Wand der Öffnungen 2 vorhanden sein lassen. Die Vorsprünge 4 definieren den Raumbetrag zwischen den Öffnungen und den Wärmeaustauschrohren und könnten bestimmungsgemäß modifiziert werden, um bestimmte Durchflussgeschwindigkeiten und einen benötigten/gewünschten Unterkühlungsbetrag zu erzielen. Die Form, Geometrie und tatsächlichen Abmessungen der Leitplatte A, ihrer Öffnungen 2, ihrer Vorsprünge 4 oder ihrer Gesamtstruktur 1 sollen nicht einschränkend sein. Eine oder mehrere Leitplatte/n A kann bzw. können als ein Array in den Unterkühler eingesetzt werden, um eine Verdrängung von Kühlmittel bereitzustellen (um Totraum zu minimieren, einen freien Durchflussquerschnitt im Unterkühler zu verkleinern) und einen Kühlmitteldurchfluss nahe an den und um die Wärmeaustauschrohre herum zu konzentrieren, um einen Beitrag bei der Wärmeaustauschleistung zu leisten, z. B. durch Erhöhen der Durchflussgeschwindigkeiten nahe an den und um die Wärmeaustauschrohre herum, was den kühlmittelseitigen Wärmeübertragungskoeffizienten erhöhen und den möglicherweise erforderlichen Unterkühlerwärmeübertragungsbetrag senken kann, was einen Kupferrohroberflächeninhalt reduzieren kann.
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Die Kühlmittelverdrängungsvorrichtung kann eine Reihe oder ein Array von Leitplatten sein, wobei jede Leitplatte eine Tiefe von Ende zu Ende hat, z. B. etwa bei senkrechter Betrachtung in die Blattseite von 1. In manchen Ausführungsformen kann eine Tiefe „D” (siehe auch z. B. gestrichelte Linien und Doppelpfeile in 1) variiert werden, um die gewünschte, benötigte Größe der Leitplatte entlang der Länge der Wärmeaustauschrohre zu erzielen. Die Tiefe „D”, die gezeigt ist, ist lediglich illustrativ und soll nicht einschränkend sein. Es wird klar sein, dass die Tiefen variiert werden können. Es wird auch klar sein, dass die Leitplatte vielmehr ein einzelnes extrudiertes Teil als eine Reihe von Leitplatten sein könnte, das einen großen Teil der Rohrlänge im Unterkühler überspannt (siehe z. B. 4, die weiter unten beschrieben wird). Es wird auch klar sein, dass die Leitplatte keine Einzelextrusion zu sein braucht, sondern eine Doppelextrusion oder nur einige extrudierte Teile sein könnte, um anderen Unterkühlerstrukturen Rechnung zu tragen, z. B. der Position von Einlass-/Auslassstrukturen in/aus dem Unterkühler. Es wird weiter klar sein, dass die Leitplattenteile, die verwendet werden können, gemeinsame Verrastungsstrukturen haben könnten, um zu ermöglichen, dass Leitplatten miteinander verbunden werden können, und um vielfache Unterkühlerquerschnittsgeometrien zu schaffen, indem beispielsweise über geeignete Presspassungsstrukturen oder eine geeignete Befestigungsbefähigung verfügt wird, oder durch Epoxid oder unter Verwendung von einrastenden Modulen ähnlich beispielsweise LEGO-Spielzeugen verbunden werden können. Und es wird auch klar sein, dass nicht alle der Rohre im Unterkühler durch die Leitplatte eingesetzt werden müssen, wenn es möglicherweise gewünscht und/oder notwendig ist. Ein Beispiel für das Leitplattenmaterial könnte ein Komposit- oder Kunststoffmaterial wie etwa Polypropylen sein. Das Material der Kühlmittelverdrängungsvorrichtung soll generell nicht einschränkend sein, obwohl HLK-System-freundliche und kühlmittelfreundliche, nicht korrosive Materialien bevorzugt sein können. Ein Sieb kann etwa an einem Einlass und/oder Auslass des Unterkühlers auch verwendet werden, um Schmutzteile davon abzuhalten, durch den Unterkühler zu fließen.
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2 zeigt eine Art Kondensator 10 mit einem Unterkühler „B”, der Wärmeaustauschrohre 6 hat, wobei sein Gehäuse 8 unter Nutzung der Wand (Wände) des Kondensatormantels und eventuell anderer Teile des Kondensators wie etwa einer Ablaufpfanne und/oder Einlass-/Auslassstrukturen ausgebildet ist. Ein Auslass 5 aus dem Unterkühler B ist auch gezeigt. Es wird klar sein, dass ein geeigneter Einlass in den Unterkühler B, beispielsweise vom Boden her oder auf Seiten des Unterkühlers B verwendet würde, um Kühlmittel in den Unterkühler B einströmen zu lassen.
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3 ist eine schematische Ansicht eines offenen Endes eines anderen Kondensators eines HLK-Systems mit einem Unterkühler als separates, eigenständiges Gehäuse. 3 zeigt einen Kondensator 20 mit einem Unterkühler „C”, der Wärmeaustauschrohre 16 hat, wobei sein Gehäuse 18 als ein separates, eigenständiges Gehäuse ausgebildet ist, das an den Kondensatormantel angeschweißt sein kann. Ein Auslass 15 aus dem Unterkühler C ist auch gezeigt. Es wird klar sein, dass ein geeigneter Einlass in den Unterkühler C, beispielsweise vom Boden her oder auf Seiten des Unterkühlers C verwendet würde, um Kühlmittel in den Unterkühler C einströmen zu lassen.
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Es wird klar sein, dass die Kühlmittelverdrängungsvorrichtung in jede der Unterkühlerkonzeptionen B und/oder C von 2 und 3 eingebaut werden kann.
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4 zeigt eine schematische Seitenansicht eines Kondensators 30, der einen unterkühler 34 hat, wobei eine Kühlmittelverdrängungsvorrichtung 32 in den Unterkühler 34 installiert ist. Wärmeaustauschrohre oder ein Rohrbündel 36 (siehe gestrichelte Linie) können durch die Kühlmittelverdrängungsvorrichtung 32, z. B. durch Öffnungen und Vorsprünge eingesetzt werden, die ähnlich wie in 1 aufgebaut sind. 4 soll schematisch ein Beispiel der relativen Fläche und Deckung der Kühlmittelverdrängungsvorrichtung 32 im Inneren des Unterkühlers 34 zeigen. Beispielsweise unter Verwendung eines Teils oder mehrerer Teile wie etwa einer Extrusion (Extrusionen) kann sich die Kühlmittelverdrängungsvorrichtung 32 über den Großteil oder fast die gesamte Länge des Unterkühlers 34 erstrecken und eine Deckung am größten Teil des Rohrbündels 36 haben. Es wird klar sein, dass die Kühlmittelverdrängungsvorrichtung A wie die in 4 aufgebaut und angeordnet sein kann.
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Obwohl die Kühlmittelverdrängungsvorrichtung im Kontext eines Kondensators erörtert ist, wird klar sein, dass sie für jede Mantel-und-Rohr-Unterkühlerkonzeption und eine beliebige HLK-Einheit und/oder ein beliebiges HLK-System je nach Zweckmäßigkeit, und das möglicherweise über keinen Kondensator verfügt, nützlich sein kann.
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Im Hinblick auf die vorstehende Beschreibung sollte sie so verstanden werden, dass Veränderungen im Detail vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die technische Beschreibung und die dargestellten Ausführungsformen sollen nur als beispielhaft erachtet werden, wobei ein wahrer Umfang und Aussagegehalt der Erfindung durch die umfassende Bedeutung der Schutzansprüche angegeben wird.
