EP2904335A1 - Kondensator - Google Patents

Kondensator

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EP2904335A1
EP2904335A1 EP13756467.0A EP13756467A EP2904335A1 EP 2904335 A1 EP2904335 A1 EP 2904335A1 EP 13756467 A EP13756467 A EP 13756467A EP 2904335 A1 EP2904335 A1 EP 2904335A1
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EP
European Patent Office
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flow channel
region
condenser
flow
refrigerant
Prior art date
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EP13756467.0A
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English (en)
French (fr)
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EP2904335B1 (de
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Herbert Hofmann
Stefan Schmidgall
Sascha UNGER
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Mahle International GmbH
Original Assignee
Mahle Behr GmbH and Co KG
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Publication date
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Publication of EP2904335A1 publication Critical patent/EP2904335A1/de
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Publication of EP2904335B1 publication Critical patent/EP2904335B1/de
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Definitions

  • the invention relates to a capacitor in stacked disk design " wherein a heat exchanger block is formed of a plurality of disc elements, the
  • stacked adjacent channels between the disc elements form, wherein a first number of channels is assigned to a first flow channel and a second number of channels is assigned to a second flow channel, and through the first flow channel, a refrigerant is flowable and through the second flow channel, a coolant flowable is, wherein the first 0 flow channel has a first region for desuperheating and condensation of the vapor refrigerant and a second region for subcooling the condensed refrigerant.
  • Condensers are used in refrigerant circuits of automotive air conditioning systems to cool the refrigerant to the condensation temperature and then condense the refrigerant.
  • capacitors have a collector in which a volume of refrigerant is kept in order to compensate for volume fluctuations in the refrigerant circuit.
  • the keeping the refrigerant in the collector reaches a stable supercooling of the refrigerant.
  • the collector is usually arranged on the condenser. It is flowed through by the refrigerant which has already passed through a section of the condenser. After flowing through the collector, the refrigerant is returned to the condenser and subcooled in a subcooling below the condensation temperature.
  • the refrigerant for this purpose is led out of the condenser from one of the manifolds arranged at the side of a tube-rib block and introduced into the collector.
  • US 2009/0071 189 A1 discloses a capacitor in stacking disk construction in which a first stack of disk elements represents a first cooling and condensation region and a second stack of disk elements represents a subcooling region.
  • the first stack is separated from the second stack by a housing containing a collector and dryer.
  • a disadvantage of the devices of the prior art is that the integration of capacitors in stacked disc design, collectors and subcoolers has been solved quite expensive.
  • the concepts From the prior art capacitors by increased manufacturing costs. This results in the use of the capacitors additional costs that make their use unattractive.
  • the object of the present invention to provide a condenser suitable for condenser, storage and further subcooling refrigerant, the condenser being characterized by a simple structure and compact design and inexpensive to manufacture.
  • One embodiment of the invention relates to a stacked disc condenser wherein a heat exchanger block is formed from a plurality of disc elements stacked adjacent channels between the disc elements, wherein a first number of the channels is associated with a first flow channel and a second number of channels is associated with a second one Flow channel is assigned, and through the first flow channel, a refrigerant is flowable and through the second flow channel, a coolant is flowable, wherein the first flow channel has a first area for desuperheating and condensation of the vapor refrigerant and a second area for subcooling the condensed refrigerant, wherein at least a portion of the first flow channel is in thermal contact with at least a portion of the second flow channel, and the first region is a first fluid feed line and a first flow channel
  • the second region has a second fluid supply line and a second fluid outlet, wherein the condenser has a collector for storing
  • a condenser in stacking disc design is particularly compact and can therefore be accommodated in a small space. Particularly advantageous is a good thermal contact between the first flow channel and the second flow channel, so that the heat transfer between the fluids is as efficient as possible.
  • the arrangement of the collector as close as possible to the condenser or to the heat exchanger block of the condenser has the advantage that only short distances have to be overcome by means of fluid lines.
  • the thermal disadvantageous properties such as the heating of the coolant or the refrigerant by surrounding heat sources, as well as the negative effects on the pressure loss inside the condenser, can therefore be minimized.
  • the coolant in the second flow channel and the refrigerant in the first flow channel in the DC flow to each other and / or in countercurrent to each other are flowable.
  • the maximum amount of heat transferable can be increased, which contributes to an increase in efficiency of the capacitor.
  • a DC current on the other hand, can be realized particularly easily.
  • the first fluid discharge line and / or the second fluid supply line are arranged inside and / or outside the heat exchanger block.
  • the first fluid discharge which at the same time also represents the supply line to the collector
  • the second fluid supply line which at the same time represents the discharge from the collector
  • the lines can also run within the capacitor.
  • the lines can be arranged on the outer disc elements. This can be done for example by integrated into the disc elements channels.
  • the first fluid discharge and / or the second fluid supply line are formed by a pipeline.
  • a pipeline offers the advantage of very great design freedom for the course and the arrangement of the line. Pipelines can also be used to realize complex pipelines.
  • first fluid supply line and the second fluid supply line viewed along the main flow direction of a channel between the disc elements, are arranged at the same end region of the condenser, wherein the first fluid discharge line and the second fluid discharge line are arranged at the opposite end region of the condenser.
  • first and the second fluid supply line at a common end region of the condenser and the first and second fluid discharge line at the opposite end region of the condenser, it is possible to realize in a particularly simple manner a countercurrent flow of the fluid streams within the condenser.
  • first fluid supply line and the second fluid supply line are arranged in the final assembly position of the capacitor at the upper end region of the condenser. 5
  • the supply of the fluid at, in Montageendlage, the upper end portion of the capacitor is particularly advantageous, since the flow within the capacitor is additionally supported by the weight of the fluid.
  • the resulting pressure loss within the condenser is less than when the fluid needs to be transported up against the weight force.
  • the inner volume fraction of the second region of the first flow channel is a maximum of about 40%, preferably about 20%, preferably between about 5% and about 1 5 1 5% the total inner volume of the first flow channel.
  • the subcooling path which corresponds to the second region of the first flow channel, occupies the largest possible volume fraction of the total volume of the first flow channel, since thereby the fluid temperature 20 at the condenser outlet can be kept particularly low. This can improve system performance.
  • the coolant supply line and the coolant discharge line of the second flow channel are arranged on opposite end areas of the capacitor.
  • the arrangement of the coolant supply and the coolant discharge at opposite end portions of the condenser is particularly advantageous when the coolant is to flow through the condenser without substantial deflection.
  • the first region and / or the second region of the first flow channel within the condenser is deflected one or more times in its main flow direction.
  • the second flow channel is deflected within the condenser at least once in its main flow direction by about 180 °.
  • a deflection of the second flow channel may be advantageous in order to bring the flowing coolant with the refrigerant in cocurrent or countercurrent.
  • the heat transfer between the refrigerant and the coolant can be influenced by a deflection of the second flow channel.
  • a further preferred embodiment is characterized in that the second flow channel is deflected once in its main flow direction by about 180 °, whereby a Hinström Scheme and a remindström Scheme arises, wherein the inner volume of the inflow region of the second flow channel and the inner volume of the remindström ceremoniess the second flow channel approximately are the same size and / or unequal size.
  • the inflow region of the second flow channel and the return flow region can advantageously be approximately equal in volume. This is W particularly advantageous especially with regard to the resulting pressure losses for the coolant.
  • the coolant flows in such a way through the second flow channel, that it first occurs or along the main flow direction of the second flow channel in thermal contact with the second portion of the first flow channel, it first of the second portion and at least a portion of the first region the first flow channel comes into thermal contact and occurs in each case after the deflection substantially in thermal contact with the first region of the first flow channel.
  • the coolant may also be in thermal contact with a portion of the first region of the first flow channel in addition to the thermal contact with the second region Be contacted. In this way, the outflow path and the backflow path of the coolant are designed such that an approximately equal internal volume is present, whereby the internal pressure loss is reduced.
  • the thermal separation as a thermally insulating disc, as an air gap, as an air-conducting channel, as part of the second flow channel with a multiple discharged 15 led coolant path and / or as part of the second flow channel a larger flow cross-sectional area than the remaining second flow channel is formed.
  • the thermal separation can be realized by one of the disc elements 0 of the capacitor, whereby the constructive effort is minimized.
  • Specially prepared disc elements can lead to a strong thermal separation.
  • FIG. 1 shows a perspective view of a capacitor in a stacked disk design, with a collector arranged on the outside of the housing,
  • FIG. 1 shows a further view of the condenser of FIG. 1, wherein in particular the line from the collector to the rear side of the condenser and the discharge of the refrigerant from the condenser can be seen,
  • FIG. 3 is a schematic representation of a capacitor in stacked disk design with an externally arranged collector, wherein the coolant and the refrigerant flow in the condensation region in countercurrent to each other and flow in the subcooling in DC to each other,
  • FIGS. 4 shows a further schematic view of a condenser, wherein the coolant and the refrigerant flow in countercurrent to one another both in the condensation region and in the subcooling region, and FIGS.
  • FIG. 5 shows a further schematic view of a condenser, with the coolant being deflected within the condenser, thereby creating regions within the condenser in which the coolant and the refrigerant flow both in cocurrent and countercurrent to one another, wherein the refrigerant exits through the subcooling region the condensation area is transferred to the collector.
  • FIG. 6 shows a further schematic view of a condenser, wherein between the condensation region and the subcooling region a thermal separation is introduced by means of a double coolant path.
  • FIG. 1 shows a perspective view of a condenser 1 in a stacked disk design.
  • the capacitor 1 consists of a plurality of individual disc elements, which stacked together form the heat exchanger block 7.
  • the heat exchanger block 7 is designed in its interior so that between the W individual disc elements give a plurality of channels. A number of these channels are. Assigned to a first flow channel, which can be flowed through by a refrigerant. A further number of channels is associated with a second flow channel "which can be flowed through by a coolant.
  • the first flow channel is at least partially in thermal contact with the second flow channel in the interior of the heat exchanger block 7, so that a heat transfer between the first flow channel and the second flow channel can take place.
  • the disk elements By means of various configurations of the disk elements, it is possible to produce a plurality of flow paths for the first and the second flow channel in the interior of the heat exchanger block 7.
  • the fluid flowing through the first flow channel or the second flow channel can be deflected through the various flow paths within the heat exchanger block 7 and so overall cover a longer flow path within the condenser 1.
  • a collector 2 is arranged on an outer surface of the heat exchanger block 7.
  • This collector serves to store the refrigerant flowing along the first flow channel. Via the collector 2, a volume fluctuation of the refrigerant within the condenser and the rest of the refrigerant circuit can be compensated.
  • the collector 2 may comprise means for drying and filtering the refrigerant.
  • the collector 2 shown in FIG. 1 has a cylindrical housing and is arranged on the outside of the heat exchanger block 7. In alternative embodiments, the collector 2 may also have other designs.
  • the representation of the collector 2 is exemplary.
  • the collector 2 is connected via collector connections 8 to the first flow channel within the condenser 1 and is in fluid communication therewith.
  • the condenser 1 also has a refrigerant inlet 3 at its upper left end portion. At the upper right end region, the condenser 1 has a coolant outlet 6. At the lower right end region, the condenser 1 has a coolant inlet 5.
  • a refrigerant can thus flow via the refrigerant inlet 3 in the first flow channel of the heat exchanger block 7 and distribute through the channels which are associated with the first flow channel. From the first flow channel 1, the refrigerant then flows into the collector 2 via the collector connections 8.
  • the refrigerant flows back into the heat exchanger block 7 and continues to distribute through the first flow channel of the heat exchanger block 7. Finally, the refrigerant flows via the refrigerant outlet 4, which is arranged on the rear side facing away from the viewer of the capacitor 1, from the heat exchanger block 7 of the capacitor 1 from.
  • the coolant flows through the coolant inlet 5 into the second flow channel of the heat exchanger block 7 and distributes itself along this flow channel in the heat exchanger block and ultimately flows out of the coolant outlet 6
  • the first flow channel is divided into a first region and a second region.
  • the first region extends from the refrigerant inlet 3 to the transition into the collector 2.
  • the second region of the first flow channel extends from the outlet of the collector 2 to the refrigerant outlet 4 of the condenser 1.
  • the coolant, which flows through the second flow channel is in thermal contact with both the first region and the second region of the first flow channel, resulting in a heat transfer.
  • FIG. 2 shows a rear view of the capacitor 1 of FIG. 1.
  • the pipeline 10 and the fluid outlet 4 can be seen.
  • the pipeline 10 represents the fluid clearance which is discharged from the outlet of the collector 2 to the heat exchanger. transfer block 7 back and the refrigerant passes between the disc elements again.
  • FIG. 3 shows a schematic view of a capacitor 20.
  • a possible embodiment of the capacitor of FIGS. 3 to 5 is shown in FIGS. 1 and 2.
  • the curves of the outer pipes and the arrangement of the collector may differ from the examples shown in Figures 1 and 2.
  • the capacitor 20 shown in FIG. 3 has an externally arranged collector 21.
  • the coolant flows along the flow paths 31, 32 along the previously mentioned second flow channel through the condenser 20.
  • the coolant without diverting flows through both the first region of the first flow channel, which constitutes a condensation region 34, and through the second region of the first flow channel, which represents a subcooling region 35.
  • the condensation region 34 is dimensioned larger in relation to the subcooling region 35 and assumes a larger proportion proportionately to the total volume of the first flow channel 1.
  • the ratio between the condensation region and the subcooling region is in a certain maximum relationship to each other. It is therefore advisable that the internal volume of the first flow channel, which is assigned to the subcooling region, in relation to the internal volume of the first flow channel, which is assigned to the condensation surface, not greater than 40% the total internal volume of the first flow channel is.
  • the issevclumen the first flow channel, which is assigned to the subcooling even no greater than 20%, optimally dividing the total inner volume of the first flow channel in about 5% to 15% of the volume for the subcooling and 85th % to 95% of the internal volume for the condensation zone.
  • the condenser 20 of FIG. 3 is supplied with a refrigerant into the condensation region 34 via the first fluid supply line 23. There, it flows distributed over the individual channels of the condensation region 34 and enters the collector 21 via the first fluid outlet 24. From the collector 21, the now completely condensed refrigerant is introduced along the fluid line 33 via the second fluid supply line 25 in the sub-cooling region 35. The discharge of the refrigerant from the condensation region 34 and the supply line into the subcooling region 35 take place at the lower end region of the condenser 20. The refrigerant then flows upwards in the subcooling region 35 and flows out of the condenser 20 via the second fluid discharge line 26.
  • FIG. 3 shows a condenser 20 in which no separate deflection of the coolant or of the refrigerant takes place both within the condensation region 34 and the subcooling region 35.
  • FIG. 4 shows an alternative embodiment of a capacitor 40.
  • the capacitor 40 has a heat exchanger block 42 which, as in FIGS and Fig. 2, is composed of a plurality of disk elements.
  • a collector 41 is arranged, which communicates with the condenser 42 in fluid communication.
  • the coolant is flowed through the condenser 40 substantially without deflection along its main flow direction.
  • the coolant supply line 47 is arranged at the lower region of the condenser 40.
  • the coolant discharge 48 is arranged at the upper region of the condenser 40.
  • the fluid can be introduced, for example, by closing individual disc elements or by inserting a dip tube into each other channel between the disc elements.
  • the possibilities of dividing up the individual channels into the first flow channel or the second flow channel within the condenser essentially correspond to those which are already known in the prior art.
  • the refrigerant flows via the first Fiuidzutechnisch 43 in the upper region of the condenser 40 in the condensation region 54. It flows along the flow path 49 in the condensation region down and flows over the first Fluids. 5 idab! Tion 44 into the collector 41 about. From the collector 41, the completely condensed refrigerant is passed via the fluid line 53 to the second fluid supply line 45. Which, in contrast to FIG. 3, is now arranged in the upper region of the condenser 40 on the side of the subcooling path 55. The refrigerant then flows downwardly along the flow path 50 in the subcooling region 55 of the condenser 40 to 10 and ultimately flows out of the condenser 40 via the second fluid discharge line 46.
  • the coolant with the refrigerant is in countercurrent both in the condensation region 54 and in the subcooling region 55.
  • FIG. 5 shows a further embodiment of a capacitor 60.
  • the capacitor 25 60 has a heat exchanger block 62 which, as already described above, is formed from the individual disk elements.
  • the condenser 60 has a condensation region 81 and a subcooling region 82.
  • the condensation region 81 is now divided into a plurality of flow paths 79, 80.
  • the condensation region 81 is formed in] () of the representation of Figure 5 from the flow path 79 and the flow path 80th
  • the subcooling region 82 is formed from the flow path 77. Between the flow path 80 and the flow path 79, the refrigerant undergoes a deflection by about 180 °.
  • Each of the flow paths 77, 79 and 80 of the condensation region 81 and the subcooling region 82 may consist of a singular or a plurality 55 of channels of the first flow channel.
  • a subdivision of both the condensation region and the subcooling region into a different number of flow paths is conceivable.
  • the subdivision of the condensation region 81 into two flow paths 79, 80 serves here for better illustration.
  • a collector 61 is arranged through which the refrigerant flows. Deviating from FIGS. 3 and 4, the coolant is now not conducted through the condenser without deflection, but experiences a deflection through 180 ° within the condenser 60, as a result of which an outflow section and a return flow path are formed in the condenser.
  • the coolant is introduced via the coolant supply line 67 into the upper region of the condenser 60 and deflected in the lower region of the condenser 60 in order subsequently to flow upward and out of the condenser 60 via the coolant discharge line 68.
  • the channels in the interior of the heat exchanger block 62 which are assigned to the second flow channel, are assigned to one another via the structural design of the respective disk elements such that the coolant in a section of the second flow channel from the upper region into the lower portion of the capacitor 60 can flow. There it flows in the remainder of the second flow channel over and along the channels of the second flow channel back into the upper region of the condenser.
  • the outflow path of the coolant extends to the channels of the second flow channel which are in direct thermal communication with the subcooling region 82 of the first flow channel and to a number of channels of the second flow channel which are in thermal contact with the condensation region 81 of the first flow channel.
  • the return flow path of the coolant is directed to the channels of the second flow channel. borders, which are in direct thermal exchange with the condensation region 81 of the first flow channel. A different distribution is also foreseeable.
  • the channels, which form the second flow channel in total are assigned to approximately equal parts of the outflow section and the return flow path of the coolant.
  • the division of the second flow channel in Hinströmrow and return flow must therefore not be the same as the division of the first flow channel in the condensation region 81 and the subcooling 82.
  • the refrigerant is supplied to the condenser 60 via a first fluid supply line 63 in the upper region.
  • the refrigerant then flows along the first flow path 80 along the flow path 69 into the lower region of the condenser 60. There it undergoes a deflection by a corresponding connection of the inner disc elements and then flows through the flow path 79 along the flow path 71 back into the upper region of the refrigerant. Both the flow path 80 and the flow path 79 are associated with the condensation region 81. From the upper region of the flow path 79, the refrigerant flows via a first fluid discharge line 64 into the upper region of the collector 61.
  • the completely condensed refrigerant flows via a second fluid supply line 65 into the lower region of the condenser 60, which is assigned to the subcooling region 82.
  • the refrigerant then flows in the flow path 77 along the flow path 72 back into the upper region of the condenser, where it is finally discharged via the second fluid discharge 66 from the condenser 60.
  • the coolant and the refrigerant in the entire condenser 60 flow in countercurrent.
  • the condenser 60 shown in FIG. 5 has two flow paths 79, 80 in the condensation region 81 of the first flow channel.
  • the subcooling region 82 has only one flow path.
  • deviating numbers of the flow paths can also be provided. In order to obtain the same flow-through principle as in FIG. 5, it is advantageous if the number of flow paths in the condensation region is straight and the number of flow paths in the sub-cooling region is uneven.
  • the line regions between the heat exchanger block and the collector shown here in Figures 3 to 5 can be realized in each case by externally attached to the condenser piping, but also by a skillful interconnection of the inner disc elements and an arrangement of the collector directly to one of the outer surfaces of the heat exchanger block ,
  • the individual connecting lines between heat exchanger block and collector can either be soldered directly to the heat exchanger block or subsequently realized by internal or external pipes. Likewise, it is providable to make the supply or discharge between heat exchanger block and collector via a corresponding design of the two outer Scheibeneiemente. For example, it is conceivable that channels are integrated into the two outer or in only one of the outer disk elements, which can be used as a supply or discharge.
  • FIG. 8 shows a schematic sectional view of the capacitor. In particular, the individual disk elements can be seen » between which the channels are formed that belong to the first flow channel or to the second flow channel. The first flow channel is flowed through by a refrigerant.
  • FIG. 6 illustrates the thermal separation layer 92, which is arranged between the condensation region 90 and the subcooling region 91 of the capacitor. The thermal separation layer 92 prevents unwanted heat transfer between the fluids in the subcooling region 91 and the condensation region 90.
  • the thermal separation layer can be formed, for example, by an air-filled channel between two disk elements, by an air gap between two adjacent disk elements or an arrangement of several coolant channels next to each other.
  • the aforementioned possibilities for forming a thermal separating layer are exemplary and have no limiting character.
  • the heat transfer to the refrigerant ie a heating of the refrigerant is avoided.

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Abstract

Kondensator (1, 20, 40, 60) in Stapelscheibenbauweise, wobei ein Wärmeübertragerblock (7, 22, 42, 62) aus einer Mehrzahl von Scheibenelementen gebildet ist, die aufeinandergestapelt zueinander benachbarte Kanäle zwischen den Scheibenelementen ausbilden, wobei eine erste Anzahl der Kanäle einem ersten Strömungskanal zugeordnet ist und eine zweite Anzahl der Kanäle einem zweiten Strömungskanal zugeordnet ist, und durch den ersten Strömungskanal ein Kältemittel strömbar ist und durch den zweiten Strömungskanal ein Kühlmittel strömbar ist, wobei der erste Strömungskanal einen ersten Bereich zur Enthitzung und Kondensation (34, 54, 81 ) des dampfförmigen Kältemittels aufweist und einen zweiten Bereich zur Unterkühlung ( 35, 55, 82) des kondensierten Kältemittels aufweist, wobei zumindest ein Abschnitt des ersten Strömungskanals mit zumindest einem Abschnitt des zweiten Strömungskanals in thermischen Kontakt steht, und der erste Bereich eine erste Fluidzuleitung (23, 43, 63) und eine erste Fluidableitung (24, 44, 64) aufweist und der zweite Bereich eine zweite Fluidzuleitung (25, 45, 65) und eine zweite Fluidableitung (26, 46, 66) aufweist, wobei der Kondensator (1, 20, 40, 60) einen Sammler (2, 21, 41, 61 ) zur Bevorratung des Kältemittels aufweist, und ein Kältemittelübertritt aus dem ersten Bereich in den zweiten Bereich durch den Sammler (2, 21, 41, 61 ) führt, wobei der Sammler (2, 21, 41, 61 ) über die erste Fluidableitung (24, 44, 64), welche auch den Fluideinlass des Sammlers (2, 21, 41, 61 ) bildet, mit dem ersten Bereich in Fluidkommunikation steht, und über die zweite Fluidzuleitung (25, 45, 65), welche auch den Fiuidauslass des Sammlers (2, 21, 41, 61 ) bildet, mit dem zweiten Bereich in Fluidkommunikation steht, wobei der Sammler (2, 21, 41, 61 ) an einer Außenfläche des Kondensators (1, 20, 40, 60) angeordnet ist.

Description

5
Kondensator
Beschreibung
10
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft einen Kondensator in Stapelscheibenbauweise» wobei ein Wärmeübertragerblock aus einer Mehrzahl von Scheibenelementen gebildet ist, die
15 aufeinandergestapelt zueinander benachbarte Kanäle zwischen den Scheibenelementen ausbilden, wobei eine erste Anzahl der Kanäle einem ersten Strömungskanal zugeordnet ist und eine zweite Anzahl der Kanäle einem zweiten Strömungskanal zugeordnet ist, und durch den ersten Strömungskanal ein Kältemittel strömbar ist und durch den zweiten Strömungskanal ein Kühlmittel strömbar ist, wobei der erste 0 Strömungskanal einen ersten Bereich zur Enthitzung und Kondensation des dampfförmigen Kältemittels aufweist und einen zweiten Bereich zur Unterkühlung des kondensierten Kältemittels aufweist.
Stand der Technik
>5
In Kältemittelkreisläufen von Klimaanlagen für Kraftfahrzeuge werden Kondensatoren eingesetzt, um das Kältemittel auf die Kondensationstemperatur abzukühlen und anschließend das Kältemittel zu kondensieren. Regelmäßig weisen Kondensatoren einen Sammler auf, in welchem ein Kältemittelvolumen vorgehalten ist, um Volumen- ■0 Schwankungen im Kältemittelkreislauf auszugleichen. Außerdem wird durch die Vor- haltung des Kältemittels im Sammler eine stabile Unterkühlung des Kältemittels erreicht.
Oftmals sind in dem Sammler zusätzliche Mittel zur Trocknung und/oder Filterung des Kältemittels vorgesehen. Der Sammler ist im Regelfall am Kondensator ange- ordnet. Er wird von dem Kältemittel durchströmt, welches bereits einen Abschnitt des Kondensators durchströmt hat. Nach dem Durchströmen des Sammlers wird das Kältemittel in den Kondensator zurückgeleitet und in einer Unterkühlungsstrecke unter die Kondensationstemperatur unterkühlt. Bei konventionellen Kondensatoren in Rippe-Rohr-Bauweise wird das Kältemittel hierfür aus einem der seitlich eines Rohr-Rippenblocks angeordneten Sammelrohre aus dem Kondensator hinausgeleitet und in den Sammler eingeleitet.
Bei Kondensatoren, welche in Stapelscheibenbauweise gebaut sind, sind Möglichkei- ten im Stand der Technik bekannt, den Sammler als eine zusätzliche Lage von Scheibenelementen an den Kondensator anzufügen.
Außerdem ist es bekannt, das Kältemittel über eine spezielle Verteilerplatte aus dem in Stapelscheibenbauweise gebauten Kondensator hinauszuleiten und einem exter- nen Sammler zuzuführen und das Kältemittel nach dem Sammler wieder in den Kondensator zurückzuführen.
Weiterhin offenbart die US 2009/0071 189 A1 einen Kondensator in Stapelscheibenbauweise, bei dem ein erster Stapel an Scheibenelementen einen ersten Abküh- lungs- und Kondensationsbereich darstellt und ein zweiter Stapel an Scheibenelementen einen Unterkühlungsbereich darstellt. Der erste Stapel ist von dem zweiten Stapel durch ein Gehäuse getrennt, welches einen Sammler und Trockner beinhaltet.
Nachteilig an den Vorrichtungen des Standes der Technik ist, dass die Integration von Kondensatoren in Stapelscheibenbauweise, Sammlern und Unterkühlern bisher recht aufwändig gelöst ist. Neben einem komplexen Aufbau, zeichnen sich die Kon- densatoren aus dem Stand der Technik durch einen erhöhten Fertigungsaufwand aus. Dadurch ergeben sich hinsichtlich der Verwendung der Kondensatoren Mehrkosten, die ihren Einsatz unattraktiv machen.
Darstellung der Erfindung, Aufgabe, Lösung, Vorteile
Daher ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Kondensator bereitzustellen, der geeignet ist ein Kältemittel zu kondensieren, es zu bevorraten und weiterhin zu unterkühlen, wobei der Kondensator durch einen einfachen Aufbau und eine kompakte Bauweise gekennzeichnet ist und kostengünstig herzustellen ist.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird durch einen Kondensator in Stapelscheibenbauweise mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft einen Kondensator in Stapelscheibenbauweise, wobei ein Wärmeübertragerblock aus einer Mehrzahl von Scheibenelementen gebildet ist, die aufeinandergestapelt zueinander benachbarte Kanäle zwischen den Scheibenelementen ausbilden, wobei eine erste Anzahl der Kanäle einem ersten Strömungskanal zugeordnet ist und eine zweite Anzahl der Kanäle einem zweiten Strömungskanal zugeordnet ist, und durch den ersten Strömungskanal ein Kältemittel strömbar ist und durch den zweiten Strömungskanal ein Kühlmittel strömbar ist, wobei der erste Strömungskanal einen ersten Bereich zur Enthitzung und Kondensation des dampfförmigen Kältemittels aufweist und einen zweiten Bereich zur Unterkühlung des kondensierten Kältemittels aufweist, wobei zumindest ein Ab- schnitt des ersten Strömungskanals mit zumindest einem Abschnitt des zweiten Strömungskanals in thermischen Kontakt steht, und der erste Bereich eine erste Flu- idzuleitung und eine erste Fluidableitung aufweist und der zweite Bereich eine zweite Fluidzuleitung und eine zweite Fluidableitung aufweist, wobei der Kondensator einen Sammler zur Bevorratung des Kältemittels aufweist, und ein Kältemittelübertritt aus dem ersten Bereich in den zweiten Bereich durch den Sammler führt, wobei der Sammler über die erste Fluidableitung, welche auch den Fluideinlass des Sammlers bildet, mit dem ersten Bereich in Fluidkommunikation steht» und über die zweite Flu- idzuleitung, welche auch den Fiuidauslass des Sammlers bildet mit dem zweiten Bereich in Fluidkommunikation steht, wobei der Sammler an einer Außenfläche des Kondensators angeordnet ist. Ein Kondensator in Stapelscheibenbauweise ist besonders kompakt und kann daher auch auf kleinem Bauraum untergebracht werden. Besonders vorteilhaft ist ein guter thermischer Kontakt zwischen dem ersten Strömungskanal und dem zweiten Strömungskanal, damit der Wärmeübergang zwischen dem Fluiden möglichst effizient ist. Die Anordnung des Sammlers möglichst nah am Kondensator beziehungsweise an dem Wärmeübertragerblock des Kondensators hat den Vorteil, dass nur kurze Distanzen mittels Fluidleitungen überwunden werden müssen. Die thermischen nachteiligen Eigenschaften, wie etwa die Aufheizung des Kühlmittels oder des Kältemittels durch umliegende Wärmequellen, sowie die negativen Effekte auf den Druckverlust im Inneren des Kondensators, können daher minimiert werden.
Darüber hinaus kann es vorteilhaft sein, wenn das Kühlmittel im zweiten Strömungskanal und das Kältemittel im ersten Strömungskanal im Gleichstrom zueinander und/oder im Gegenstrom zueinander strömbar sind. Durch ein strömen des Kühlmittels und des Kältemittels im Gegenstrom kann die maximal übertragbare Wärmemenge erhöht werden, was zu einer Effizienzsteigerung des Kondensators beiträgt. Ein strömen im Gleichstrom kann dagegen besonders einfach realisiert werden. Auch kann es zweckmäßig sein, wenn die erste Fluidableitung und/oder die zweite Fluidzuleitung innerhalb und/oder außerhalb des Wärmeübertragerblocks angeordnet sind.
Je nach Lage des Sammlers ist es zweckmäßig, wenn die erste Fluidableitung, wel- che auch gleichzeitig die Zuleitung zum Sammler darstellt, und die zweite Fluidzuleitung, welche auch gleichzeitig die Ableitung aus dem Sammler darstellt, innerhalb oder außerhalb des Kondensators verlaufen. Die Führung der Leitungen außerhalb des Kondensators ist einfacher zu realisieren, da der Bauraum weniger stark eingeschränkt ist und die Formgebungsgrenzen der einzelnen Scheibenelemente nicht berücksichtigt werden müssen. In vorteilhaften Ausgestaltungen können die Leitungen auch innerhalb des Kondensators verlaufen. Beispielsweise können die Leitungen an den äußeren Scheibenelementen angeordnet werden. Dies kann zum Beispiel durch in die Scheibenelemente integrierte Kanäle erfolgen. Weiterhin kann es besonders vorteilhaft sein, wenn die erste Fluidableitung und/oder die zweite Fluidzuleitung durch eine Rohrleitung gebildet sind.
Eine Rohrleitung bietet den Vorteil der sehr großen Gestaltungsfreiheit für den Verlauf und die Anordnung der Leitung. Durch Rohrleitungen können auch komplexe Leitungsverläufe realisiert werden.
Auch ist es zu bevorzugen, wenn die erste Fluidzuleitung und die zweite Fluidzuleitung, betrachtet entlang der Hauptdurchströmungsrichtung eines Kanals zwischen den Scheibenelementen, am gleichen Endbereich des Kondensators angeordnet sind, wobei die erste Fluidableitung und die zweite Fluidableitung am gegenüberliegenden Endbereich des Kondensators angeordnet sind.
Durch eine Anordnung der ersten und der zweiten Fluidzuleitung an einem gemeinsamen Endbereich des Kondensators und der ersten und zweiten Fluidableitung am gegenüberliegenden Endbereich des Kondensators, kann in besonders einfacher Weise eine Führung der Fluidströme im Gegenstrom innerhalb des Kondensators realisiert werden .
In einer besonders günstigen Ausgestaltung der Erfindung ist es außerdem vorgese- hen, dass die erste Fluidzuleitung und die zweite Fluidzuleitung in Montageendlage des Kondensators am oberen Endbereich des Kondensators angeordnet sind. 5
Die Zuführung des Fluids am, in Montageendlage, oberen Endbereich des Kondensators ist besonders vorteilhaft, da so die Strömung innerhalb des Kondensators zusätzlich durch die Gewichtskraft des Fluids unterstützt wird. Zusätzlich ist der entstehende Druckverlust innerhalb des Kondensators geringer, als wenn das Fluid gegen 10 die Gewichtskraft nach oben transportiert werden muss.
In einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung, kann es vorgesehen sein, dass der innere Volumenanteil des zweiten Bereichs des ersten Strömungskanals maximal ca. 40%, dabei vorzugsweise ca. 20%, dabei vorzugsweise zwischen ca. 5% und ca. 1 5 1 5% des inneren Gesamtvolumens des ersten Strömungskanals ausmacht.
Thermisch vorteilhaft ist es, wenn die Unterkühlstrecke, die dem zweiten Bereich des ersten Strömungskanals entspricht, einen möglichst großen Volumenanteil am Gesamtvolumen des ersten Strömungskanals einnimmt, da dadurch die Fluidtemperatur 20 am Kondensatoraustritt besonders tief gehalten werden kann. Dies kann zu einer Verbesserung der Systemleistung führen.
Es wird jedoch, durch die Verringerung der Wärmeübertragungsfläche im Kondensationsbereich, welcher dem ersten Bereich des ersten Strömungskanals entspricht, 25 die Wärmeübertragung verschlechtert. Dies wirkt sich negativ auf den Druck auf der Hochdruckseite des Kältemittelkreislaufes aus, was insgesamt zu einer schlechteren Systemleistung führt.
Daher ist eine Begrenzung der Unterkühlstrecke auf die oben angegebenen Volu- K) menanteile vorteilhaft im Sinne der Effizienz des Kondensators.
Weiterhin ist es zu bevorzugen, wenn die Kühlmittelzuleitung und die Kühlmittelableitung des zweiten Strömungskanals, entlang der Durchströmungsrichtung eines Kanals zwischen den Scheibenelementen betrachtet, an gegenüberliegenden Endbe- \5 reichen des Kondensators angeordnet sind. Die Anordnung der Kühlmittelzuleitung und der Kühlmittelableitung an gegenüberliegenden Endbereichen des Kondensators ist besonders vorteilhaft, wenn das Kühlmittel den Kondensator ohne wesentliche Umlenkung durchströmen soll.
Gemäß einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung kann es vorgese- hen sein, dass der erste Bereich und/oder der zweite Bereich des ersten Strömungskanals innerhalb des Kondensators ein oder mehrmals in seiner Hauptdurchströ- mungsrichtung umgelenkt wird.
Durch eine einfache oder mehrfache Umlenkung der Strömungsrichtung, kann er- reicht werden, dass das Kältemittel und das Kühlmittel entweder im Gleichstrom oder im Gegenstrom zueinander strömen. Dadurch kann der Wärmeübertrag zwischen Kühlmittel und Kältemittel beeinflusst werden.
Darüber hinaus kann es vorteilhaft sein, wenn der zweite Strömungskanal innerhalb des Kondensators zumindest einmal in seiner Hauptdurchströmungsrichtung um etwa 180° umgelenkt wird.
Eine Umlenkung des zweiten Strömungskanals kann vorteilhaft sein, um das strömende Kühlmittel mit dem Kältemittel in Gleichstrom oder Gegenstrom zu bringen. Der Wärmeübertrag zwischen Kältemittel und Kühlmittel kann durch eine Umlenkung des zweiten Strömungskanals beeinflusst werden.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Strömungskanal in seiner Hauptdurchströmungsrichtung einmal um etwa 180° umgelenkt wird, wodurch ein Hinströmbereich und ein Rückströmbereich entsteht, wobei das innere Volumen des Hinströmbereichs des zweiten Strömungskanals und das innere Volumen des Rückströmbereichs des zweiten Strömungskanals ungefähr gleich groß und/oder ungleich groß sind. Der Hinströmbereich des zweiten Strömungskanals und der Rückströmbereich können vorteilhafterweise hinsichtlich ihres Volumens ungefähr gleich groß sein. Dies ist W insbesondere hinsichtlich der entstehenden Druckverluste für das Kühlmittel besonders vorteilhaft.
Für den Fall» dass sich die Trennung in Hinströmbereich und Rückströmbereich an der Aufteilung in Kondensationsbereich und Unterkühlbereich orientiert, kann jedoch auch eine ungleiche Verteilung vorteilhaft sein.
Vorteilhaft ist es weiterhin» wenn das Kühlmittel derart durch den zweiten Strömungskanal strömt, dass es entlang der Hauptdurchströmungsrichtung des zweiten Strömungskanals zuerst in thermischen Kontakt mit dem zweiten Bereich des ersten Strömungskanals tritt oder es zuerst mit dem zweiten Bereich und wenigstens einem Abschnitt des ersten Bereichs des ersten Strömungskanals in thermischen Kontakt tritt und jeweils nach der Umlenkung im Wesentlichen in thermischen Kontakt mit dem ersten Bereich des ersten Strömungskanals tritt. Durch ein Einströmen des Kühlmittels derart, dass im Wesentlichen zuerst ein thermischer Kontakt zwischen dem zweiten Bereich des zweiten Strömungskanals und dem Kühlmittel stattfindet, kann die Ausgangstemperatur des Kältemittels aus dem Kondensator wirksam reduziert werden. Das frisch in den Kondensator einströmende Kühlmittel weißt seine niedrigste Temperatur direkt am Fluideinlass auf, Dadurch ist der Wärmeübergang besonders hoch. Um einen unnötig hohen Druckverlust infolge der ungleichen Volumenanteile zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich des ersten Strömungskanals für das Kühlmittel zu vermeiden, kann das Kühlmittel zusätzlich zu dem thermischen Kontakt mit dem zweiten Bereich auch mit einem Abschnitt des ersten Bereichs des ersten Strömungskanals in thermischen Kon- takt gebracht werden. Auf diese Weise werden die Hinströmstrecke und die Rückströmstrecke des Kühlmittels derart gestaltet, dass ein annähernd gleiches inneres Volumen vorhanden ist, wodurch der innere Druckverlust reduziert wird.
Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn zwischen dem ersten Bereich zur Enthitzung und Kondensation des dampfförmigen Kältemittels und dem zweiten Bereich zur Unterkühlung des kondensierten Kältemittels eine thermische Trennung vorhanden ist. 5
Durch eine thermische Trennung zwischen dem Kondensationsbereich und dem Unterkühlbereich des Kondensators, kann eine thermische Wechselwirkung zwischen den Fluiden im Unterkühlbereich und im Kondensationsbereich erreicht werden. Insbesondere kann eine erneute Erwärmung des Kältemittels vermieden werden, was
10 zu einer Steigerung der Systemleistung des Kondensators führen kann.
In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass die thermische Trennung als thermisch isolierende Scheibe, als Luftspalt, als Luft führender Kanal, als Teil des zweiten Strömungskanals mit einem mehrfach ausge- 15 führten Kühlmittelpfad und/oder als Teil des zweiten Strömungskanals mit einer größeren Strömungsquerschnittsfläche als der übrige zweite Strömungskanai ausgebildet ist.
Vorteilhafterweise kann die thermische Trennung durch eines der Scheibenelemente 0 des Kondensators realisiert werden, wodurch der konstruktive Aufwand minimal gehalten wird. Speziell angefertigte Scheibenelemente können dagegen zu einer stärken thermischen Trennung führen.
Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprü- 5 chen und der nachfolgenden Figurenbeschreibung beschrieben.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
50 Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen detailliert erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
Fig.1 eine perspektivische Ansicht eines Kondensators in Stapelscheibenbauweise, mit einem außen am Gehäuse angeordneten Sammler,
;5 Fig. 2 eine weitere Ansicht des Kondensators der Figur 1 , wobei besonders die Leitung vom Sammler zur Rückseite des Kondensators und die Ableitung des Kältemittels aus dem Kondensator zu erkennen ist,
Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Kondensators in Stapelscheibenbauweise mit einem außen angeordneten Sammler, wobei das Kühlmittel und das Kältemittel im Kondensationsbereich im Gegenstrom zueinander strömen und im Unterkühlbereich im Gleichstrom zueinander strömen,
Fig. 4 eine weitere schematische Ansicht eines Kondensators, wobei das Kühlmittel und das Kältemittel sowohl im Kondensationsbereich als auch im Unterkühlbereich im Gegenstrom zueinander strömen, und
Fig.5 eine weitere schematische Ansicht eines Kondensators, wobei das Kühlmittel innerhalb des Kondensators umgelenkt wird und dadurch Bereiche innerhalb des Kondensators entstehen, in denen das Kühlmittel und das Kältemittel sowohl im Gleichstrom als auch im Gegenstrom zueinander strömen, wobei das Kältemittel durch den Unterkühlbereich aus dem Kondensationsbereich in den Sammler überführt wird.
Fig.6 eine weitere schematische Ansicht eines Kondensators, wobei zwischen dem Kondensationsbereich und dem Unterkühlbereich eine thermische Trennung durch einen doppelt ausgeführten Kühlmittelpfad eingebracht ist.
Bevorzugte Ausführung der Erfindung
Die Figur 1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Kondensators 1 in Stapelscheibenbauweise. Der Kondensator 1 besteht dabei aus einer Mehrzahl einzelner Scheibenelemente, welche aufeinandergestapelt den Wärmeübertragerblock 7 bilden. Der Wärmeübertragerblock 7 ist in seinem Inneren so gestaltet, dass sich zwischen den W einzelnen Scheibenelementen eine Mehrzahl von Kanälen ergeben. Eine Anzahl dieser Kanäle ist. einem ersten Strömungskanal zugeordnet, weicher von einem Kältemittel durchströmt werden kann. Eine weitere Anzahl der Kanäle ist einem zweiten Strömungskanal zugeordnet» welcher von einem Kühlmittel durchströmt werden kann. Der erste Strömungskanal ist im Inneren des Wärmeübertragerblocks 7 mit dem zweiten Strömungskanal zumindest teilweise in thermischen Kontakt, sodass ein Wärmeübertrag zwischen dem ersten Strömungskanal und dem zweiten Strömungskanal stattfinden kann.
Über verschiedenartige Ausgestaltungen der Scheibenelemente kann erreicht wer- den, dass im Inneren des Wärmeübertragerblocks 7 mehrere Strömungspfade für den ersten beziehungsweise den zweiten Strömungskanal entstehen. Das durch den ersten Strömungskanal beziehungsweise den zweiten Strömungskanal strömende Fluid kann durch die verschiedenen Strömungspfade innerhalb des Wärmeübertragerblocks 7 umgelenkt werden und so insgesamt einen längeren Strömungsweg in- nerhalb des Kondensators 1 zurücklegen.
An einer Außenfläche des Wärmeübertragerblocks 7 ist ein Sammler 2 angeordnet. Dieser Sammler dient zur Bevorratung des Kältemittels, welches entlang des ersten Strömungskanals fließt. Über den Sammler 2 kann eine Volumenschwankung des Kältemittels innerhalb des Kondensators und des übrigen Kältemittelkreislaufs ausgeglichen werden. In vorteilhaften Ausführungen kann der Sammler 2 Mittel zur Trocknung und Filterung des Kältemittels aufweisen.
Der in Figur 1 gezeigte Sammler 2 weist ein zylindrisches Gehäuse auf und ist an der Außenseite des Wärmeübertragerblocks 7 angeordnet. In alternativen Ausführungsformen kann der Sammler 2 auch andere Bauformen aufweisen. Die Darstellung des Sammlers 2 ist beispielhaft.
Der Sammler 2 ist über Sammleranschlüsse 8 mit dem ersten Strömungskanal in- nerhalb des Kondensators 1 verbunden und steht mit diesem in Fluidkommunikation. Der Kondensator 1 weist darüber hinaus einen Kältemittelei nlass 3 an seinem oberen linken Endbereich auf. Am oberen rechten Endbereich weist der Kondensator 1 einen Kühlmittelauslass 6 auf. Am unteren rechten Endbereich weist der Kondensator 1 einen Kühlmitteleinlass 5 auf. Ein Kältemittel kann so über den Kältemitteleinlass 3 in den ersten Strömungskanal des Wärmeübertragerblocks 7 einströmen und sich durch die Kanäle, welche dem ersten Strömungskanal zugeordnet sind verteilen. Aus dem ersten Strömungskanal 1 strömt das Kältemittel sodann über die Sammleranschlüsse 8 in den Sammler 2. Vom Sammler 2 strömt das Kältemittel zurück in den Wärmeübertragerblock 7 und verteilt sich weiter durch den ersten Strömungskanal des Wärmeübertragerblocks 7. Schließlich strömt das Kältemittel über den Kältemittelauslass 4, welcher auf der dem Betrachter abgewandten Rückseite des Kondensators 1 angeordnet ist, aus dem Wärmeübertragerblock 7 des Kondensators 1 aus. Das Kühlmittel strömt durch den Kühlmitteleinlass 5 in den zweiten Strömungskanal des Wärmeübertragerblocks 7 und verteilt sich entlang dieses Strömungskanals im Wärmeübertragerblock und strömt letztlich durch den Kühlmittelauslass 6 aus dem
Kondensator aus. Der erste Strömungskanal ist in einen ersten Bereich und einen zweiten Bereich eingeteilt. Der erste Bereich erstreckt sich vom Kältemitteleinlass 3 bis zum Übergang in den Sammler 2. Der zweite Bereich des ersten Strömungskanals erstreckt sich vom Auslass des Sammlers 2 bis zum Kältemittelauslass 4 des Kondensators 1 . Das Kühlmittel, welches durch den zweiten Strömungskanal strömt, ist sowohl mit dem ersten Bereich als auch mit dem zweiten Bereich des ersten Strömungskanals in thermischem Kontakt, wodurch ein Wärmeübergang entsteht.
Die Figur 2 zeigt eine Rückansicht des Kondensators 1 der Figur 1 . Es sind insbesondere die Rohrleitung 10 und der Fluidauslass 4 zu erkennen. Die Rohrleitung 10 stellt dabei die Fluidlettung dar, welche vom Auslass des Sammlers 2 zum Wärme- übertragerblock 7 zurückführt und das Kältemittel wieder zwischen die Scheibenelemente leitet.
Die Figur 3 zeigt eine schematische Ansicht eines Kondensators 20. Eine mögliche Ausgestaltung des Kondensators der Figuren 3 bis 5 ist in den Figuren 1 und 2 ge- zeigt. Die Verläufe der äußeren Rohrleitungen sowie die Anordnung des Sammlers können dabei von den in Figur 1 und 2 gezeigten Beispielen abweichen. Ebenso die Anzahl der verwendeten Scheibenelemente sowie die Anordnung der einzelnen Flui- deinlässe und Fluidauslässe am Wärmeübertragerblock. Der in Figur 3 gezeigte Kondensator 20 weist einen außen angeordneten Sammler 21 auf.
Mit dem Bezugszeichen 27 ist die Kühlmittelzuleitung zum Kondensator 20 dargestellt. Mit dem Bezugszeichen 28 ist die Kühlmittelableitung des Kondensators 20 dargestellt. Das Kühlmittel strömt entlang der Strömungswege 31 , 32 entlang des bereits vorher angesprochenen zweiten Strömungskanals durch den Kondensator 20. In Figur 3 strömt das Kühlmittel ohne Umlenkung sowohl durch den ersten Bereich des ersten Strömungskanals, welcher einen Kondensationsbereich 34 darstellt, als auch durch den zweiten Bereich des ersten Strömungskanals, welcher einen Un- terkühlbereich 35 darstellt.
Der Kondensationsbereich 34 ist im Verhältnis zum Unterkühlbereich 35 größer dimensioniert und nimmt anteilig am Gesamtvolumen des ersten Strömungskanals 1 einen größeren Anteil an.
Um allgemein eine optimale Funktion eines Kondensators zu gewährleisten, ist es anzustreben, dass das Verhältnis zwischen dem Kondensationsbereich und dem Unterkühlbereich in einem gewissen maximalen Verhältnis zueinander steht. Es ist daher ratsam, dass das Innenvolumen des ersten Strömungskanals, welches dem Unterkühlbereich zugeordnet ist, im Verhältnis zum Innenvolumen des ersten Strömungskanals, welches der Kondensationsfläche zugeordnet ist, nicht größer als 40% des Gesamtinnenvolumens des ersten Strömungskanals ist. Vorteilhafterweise ist es anzustreben, dass das Innenvclumen des ersten Strömungskanals, welches dem Unterkühlbereich zugeordnet ist, sogar nicht größer als 20% wird, optimal ist eine Aufteilung des Gesamtinnenvolumens des ersten Strömungskanals in ca. 5% bis 15% des Volumens für die Unterkühlstrecke und 85% bis 95% des Innenvolumens für den Kondensationsbereich.
Dem Kondensator 20 der Figur 3 wird über die erste Fluidzuleitung 23 ein Kältemittel in den Kondensationsbereich 34 zugeführt. Dort strömt es verteilt über die einzelnen Kanäle des Kondensationsbereichs 34 nach unten und tritt über die erste Fluidablei- tung 24 in den Sammler 21 ein. Vom Sammler 21 wird das nun vollständig kondensierte Kältemittel entlang der Fluidleitung 33 über die zweite Fluidzuleitung 25 in den Unterkühlbereich 35 eingeleitet. Die Ableitung des Kältemittels aus dem Kondensationsbereich 34 sowie die Zuleitung in den Unterkühlbereich 35 finden dabei am unteren Endbereich des Kondensators 20 statt. Das Kältemittel strömt sodann im Unter- kühlbereich 35 nach oben und strömt über die zweite Fluidableitung 26 aus dem Kondensator 20 aus.
Über die Pfeile mit den Bezugszeichen 29 und 30 ist der Strömungsweg des Kältemittels im Inneren des Kondensators dargestellt. Die Pfeile mit dem Bezugszeichen 31 und 32 stellen den Strömungsweg des Kühlmittels innerhalb des Kondensators 20 dar. Es ist zu erkennen, dass das Kühlmittel im Gegenstrom zum Kältemittel im Kondensationsbereich 34 strömt und im Gleichstrom im Unterkühlbereich 35. Durch eine Umkehrung der Durchströmungsrichtung des Kühlmittels ist auch eine Umkehrung dieser Verhältnisse erreichbar.
In Figur 3 ist ein Kondensator 20 dargestellt, in dem sowohl innerhalb des Kondensationsbereichs 34 als auch des Unterkühlbereichs 35 keine gesonderte Umlenkung des Kühlmittels oder des Kältemittels stattfindet. Die Figur 4 zeigt eine alternative Ausgestaltung eines Kondensators 40. Der Kondensator 40 weist einen Wärmeübertragerblock 42 auf, welcher wie in den Figuren 1 und 2 beschrieben, aus einer Mehrzahl von Scheibenelementen besteht. Am Äußeren des Kondensators 40 ist ein Sammler 41 angeordnet, welcher mit dem Kondensator 42 in Fluidkommunikation steht. Wie auch in der Figur 3 wird das Kühlmittel im Wesentlichen ohne Umlenkung entlang seiner Hauptdurchströmungsrichtung durch den Kondensator 40 geströmt. Die Kühlmittelzuleitung 47 ist am unteren Bereich des Kondensators 40 angeordnet. Die Kühlmittelableitung 48 ist am oberen Bereich des Kondensators 40 angeordnet.
In allen Figuren 3 bis 5 ist die Positionierung sowohl der Fiuidzuleitung als auch der Fluidab!eitung sowohl für das Kühlmittel als auch für das Kältemittel lediglich ange- deutet. Die schematische Darstellung vermag nicht die genaue Positionierung der Zuleitungen beziehungsweise Ableitungen an den Außenflächen der Kondensatoren darzustellen. Die Zuleitungen beziehungsweise Ableitungen können vornehmlich an den Stirnflächen des Kondensators angeordnet sein, welche sich durch das jeweils oberste beziehungsweise unterste Scheibenelement des Wärmeübertragerblocks ergeben. Eine Zuführung an den Seitenflächen der Scheibenelemente ist konstruktiv sehr aufwendig und nur bedingt möglich. Die Zuführung der Fluide in die einzelnen Kanäle innerhalb des Kondensators kann durch die bauliche Gestaltung der einzelnen Scheibenelemente auf unterschiedlichste Art erfolgen. Das Fluid kann beispielsweise direkt in den ersten Kanal, welcher sich zwischen dem ersten und dem zweiten Scheibenelement ergibt, geleitet werden. Alternativ kann das Fluid beispielsweise auch durch eine Verschließung einzelner Scheibenelemente beziehungsweise durch das Einführen eines Tauchrohres in jeden anderen Kanal zwischen den Scheibenelementen eingeleitet werden. Die Möglichkeiten der Auftei- lung der einzelnen Kanäle in den ersten Strömungskanal beziehungsweise den zweiten Strömungskanal innerhalb des Kondensators entsprechen im Wesentlichen denen die bereits im Stand der Technik bekannt sind .
In Figur 4 strömt das Kältemittel über die erste Fiuidzuleitung 43 im oberen Bereich des Kondensators 40 in den Kondensationsbereich 54. Es strömt entlang des Strömungsweges 49 im Kondensationsbereich nach unten und strömt über die erste Flu- 5 idab!eitung 44 in den Sammler 41 über. Vom Sammler 41 wird das vollständig kondensierte Kältemittel über die Fluidleitung 53 zur zweiten Fluidzuleitung 45 geleitet. Welche im Gegensatz zur Figur 3 nun im oberen Bereich des Kondensators 40 auf der Seite der Unterkühlstrecke 55 angeordnet ist. Das Kältemittel strömt sodann entlang des Strömungsweges 50 im Unterkühlbereich 55 des Kondensators 40 nach 10 unten und strömt letztlich über die zweite Fluidableitung 46 aus dem Kondensator 40 aus.
Durch die nicht umgelenkte Strömung des Kühlmittels von unten nach oben durch den Kondensator 40 und die Zuführung des Kältemittels im oberen Bereich des Kon- 15 densators 40 ist das Kühlmittel mit dem Kältemittel sowohl im Kondensationsbereich 54 als auch im Unterkühlbereich 55 im Gegenstrom.
Durch eine Umkehrung der Durchströmungsrichtung des Kühlmittels kann erreicht werden, dass sowohl im Kondensationsbereich 54 als auch im Unterkühlbereich 55 20 das Kältemittel mit dem Kühlmittel im Gleichstrom strömt. Um einen höheren Wärmeübergang zwischen dem Kältemittel und dem Kühlmittel zu erzeugen, ist jedoch eine Auslegung gemäß der Figur 4 zu bevorzugen.
Die Figur 5 zeigt eine weitere Ausführung eines Kondensators 60. Der Kondensator 25 60 weist einen Wärmeübertragerblock 62 auf, der, wie bereits zuvor beschrieben, aus den einzelnen Scheibenelementen gebildet ist. Weiterhin weist der Kondensator 60 einen Kondensationsbereich 81 sowie einen Unterkühlbereich 82 auf. im Gegensatz zu den vorausgegangenen Figuren 3 und 4 ist nun der Kondensationsbereich 81 in mehrere Strömungspfade 79, 80 aufgeteilt. Der Kondensationsbereich 81 wird in ]() der Darstellung der Figur 5 aus dem Strömungspfad 79 und dem Strömungspfad 80 gebildet. Der Unterkühlbereich 82 ist aus dem Strömungspfad 77 gebildet. Zwischen dem Strömungspfad 80 und dem Strömungspfad 79 erfährt das Kältemittel eine Um- lenkung um etwa 180°. Jeder der Strömungspfade 77, 79 und 80 des Kondensationsbereichs 81 und des Unterkühlbereichs 82 kann aus einer Einzahl oder einer 55 Mehrzahl von Kanälen des ersten Strömungskanals bestehen. in alternativen Ausgestaltungen ist auch eine Unterteilung sowohl des Kondensationsbereichs als auch des Unterkühlbereichs in eine abweichende Anzahl von Strömungspfaden denkbar. Die Unterteilung des Kondensationsbereichs 81 in zwei Strömungspfade 79, 80 dient hier der besseren Darstellung. Um ein Durchströmungsprinzip analog der Figur 5 zu erhalten, ist es jedoch vorteilhaft, wenn die An- zahl der Strömungspfade im Kondensationsbereich 81 gerade und im Unterkühlbereich 82 ungerade ist.
Außerhalb des Kondensators 60 ist ein Sammler 61 angeordnet durch welchen das Kältemittel strömt. Das Kühlmittel wird abweichend zu den Figuren 3 und 4 nun nicht ohne Umlenkung durch den Kondensator geleitet sondern erfährt innerhalb des Kondensators 60 eine Umlenkung um 180°, wodurch im Kondensator eine Hinströmstrecke und eine Rückströmstrecke entsteht.
Das Kühlmittel wird über die Kühlmittelzuleitung 67 in den oberen Bereich des Kon- densators 60 eingeleitet und im unteren Bereich des Kondensators 60 umgelenkt, um anschließend nach oben weiterzuströmen und über die Kühlmittetableitung 68 aus dem Kondensator 60 auszuströmen. Um diese Umlenkung zu realisieren, sind die Kanäle im Inneren des Wärmeübertragerblocks 62, welche dem zweiten Strömungskanal zugeordnet sind, über die bauliche Gestaltung der jeweiligen Scheiben- elemente einander so zugeordnet, dass das Kühlmittel in einem Abschnitt des zweiten Strömungskanals aus dem oberen Bereich in den unteren Bereich des Kondensators 60 strömen kann. Dort strömt es in dem Rest des zweiten Strömungskanals über und entlang der Kanäle des zweiten Strömungskanals in den oberen Bereich des Kondensators zurück.
In der in Figur 5 gezeigten Darstellung erstreckt sich die Hinströmstrecke des Kühlmittels auf die Kanäle des zweiten Strömungskanals, welche in direktem thermischen Austausch mit dem Unterkühlbereich 82 des ersten Strömungskanals stehen und auf eine Anzahl von Kanälen des zweiten Strömungskanals, die in thermischen Kontakt mit dem Kondensationsbereich 81 des ersten Strömungskanals stehen. Die Rückströmstrecke des Kühlmittels ist auf die Kanäle des zweiten Strömungskanals be- grenzt, welche in direktem thermischen Austausch mit dem Kondensationsbereich 81 des ersten Strömungskanals stehen. Eine abweichende Aufteilung ist ebenso vorsehbar.
Um einen möglichst gleichmäßigen Druckverlust sowohl in der Hinströmstrecke als auch in der Rückström st recke des Kühlmittels zu erreichen, ist es vorteilhaft wenn die Kanäle, welche den zweiten Strömungskanal in Summe bilden, ungefähr zu gleichen Teilen der Hinströmstrecke und der Rückströmstrecke des Kühlmittels zugeordnet sind. Die Aufteilung des zweiten Strömungskanals in Hinströmstrecke und Rückströmstrecke muss damit nicht mit der Aufteilung des ersten Strömungskanals in den Kondensationsbereich 81 und den Unterkühlbereich 82 deckungsgleich sein.
Das Kältemittel wird dem Kondensator 60 über eine erste Fluidzuleitung 63 im obe- ren Bereich zugeführt. Das Kältemittel strömt dann entlang des ersten Strömungspfades 80 entlang des Strömungsweges 69 in den unteren Bereich des Kondensators 60. Dort erfährt es durch eine entsprechende Verbindung der inneren Scheibenelemente eine Umlenkung und strömt sodann durch den Strömungspfad 79 entlang des Strömungsweges 71 zurück in den oberen Bereich des Kältemittels. Sowohl der Strömungspfad 80 als auch der Strömungspfad 79 sind dem Kondensationsbereich 81 zugeordnet. Vom oberen Bereich des Strömungspfads 79 strömt das Kältemittel über eine erste Fluidableitung 64 in den oberen Bereich des Sammlers 61 ein.
Nach dem Durchströmen des Sammlers 61 strömt das vollständig kondensierte Käl- temittel über eine zweite Fluidzuleitung 65 in den unteren Bereich des Kondensators 60, welcher dem Unterkühlbereich 82 zugeordnet ist. Das Kältemittel strömt dann im Strömungspfad 77 entlang des Strömungswegs 72 zurück in den oberen Bereich des Kondensators, wo es schließlich über die zweite Fluidableitung 66 aus dem Kondensator 60 abgeleitet wird. Über die beschriebene Führung des Kühlmittels und die beschriebene Führung des Kältemittels ergibt sich, dass das Kühlmittel und das Kältemittel im gesamten Kondensator 60 im Gegenstrom strömen.
Die Überleitung des Kältemittels aus dem Kondensationsbereich 81 zum Sammler 61 erfolgt durch den Unterkühlbereich 82 des Kondensators 60. Dies ist durch eine entsprechende Auslegung der einzelnen Scheibenelemente realisiert.
Der in Figur 5 gezeigte Kondensator 60 weist zwei Strömungspfade 79, 80 im Kondensationsbereich 81 des ersten Strömungskanals auf. Der Unterkühlbereich 82 weist nur einen Strömungspfad auf. In abweichenden Ausführungen können auch abweichende Anzahlen der Strömungspfade vorgesehen sein. Um das gleiche Durchströmungsprinzip wie in Figur 5 zu erhalten, ist es vorteilhaft, wenn die Anzahl an Strömungspfaden im Kondensationsbereich gerade ist und die Anzahl an Strömungspfaden im Unterkühlbereich ungerade ist.
Im Allgemeinen können die hier in den Figuren 3 bis 5 gezeigten Leitungsbereiche zwischen dem Wärmeübertragerblock und dem Sammler jeweils durch außen am Kondensator befestigte Rohrleitungen realisiert werden, aber auch durch eine geschickte Verschaltung der inneren Scheibenelemente und eine Anordnung des Sammlers direkt an einer der Außenflächen des Wärmeübertragerblocks.
Die einzelnen Verbindungsleitungen zwischen Wärmeübertragerblock und Sammler können entweder direkt mit dem Wärmeübertragerblock mitgelötet werden oder nachträglich durch innenliegende beziehungsweise außenliegende Rohre realisiert werden. Ebenso ist es vorsehbar die Zuleitung beziehungsweise Ableitung zwischen Wärmeübertragerblock und Sammler über eine entsprechende Gestaltung der beiden äußeren Scheibeneiemente vorzunehmen. Beispielsweise ist es vorsehbar, dass Kanäle in die beiden äußeren oder auch in nur einer der äußeren Scheibenelemente integriert werden, welche als Zuleitung beziehungsweise Ableitung genutzt werden können. Die Figur 8 zeigt eine schematische Schnittansicht des Kondensators. Insbesondere sind die einzelnen Scheibenelemente zu erkennen» zwischen welchen die Kanäle ausgebildet sind , die zum ersten Strömungskanal oder zum zweiten Strömungskanal gehören. Der erste Strömungskanal ist von einem Kältemittel durchflössen. Die Kanäle, die zum ersten Strömungskanal gehören sind schraffiert und mit dem Bezugszeichen 93 markiert. Die zum zweiten Strömungskanal gehörigen Kanäle sind von einem Kühlmittel durchströmt und mit dem Bezugszeichen 94 markiert. Weiterhin ist in Figur 6 die thermische Trennschicht 92 dargestellt, welche zwischen dem Kondensationsbereich 90 und dem Unterkühlbereich 91 des Kondensators angeordnet ist. Durch die thermische Trennschicht 92 wird ein ungewollter Wärmeübertrag zwischen den Fluiden im Unterkühlbereich 91 und dem Kondensationsbereich 90 verhindert.
Die thermische Trennschicht kann dabei beispielsweise durch einen luftgefüllten Kanal zwischen zwei Scheibenelementen gebildet sein, durch einen Luftspalt zwischen zwei benachbarten Scheibenelementen oder eine Anordnung mehrerer Kühlmittelkanäle nebeneinander. Die genannten Möglichkeiten zur Ausbildung einer thermischen Trennschicht sind beispielhaft und besitzen keinen beschränkenden Charakter. In besonders vorteilhaften Ausführungen, wird insbesondere der Wärmeübergang auf das Kältemittel, also eine Erwärmung des Kältemittels vermieden.

Claims

Patentansprüche
1 . Kondensator (1 , 20» 40, 60) in Stapelscheibenbauweise, wobei ein Wärmeübertragerblock (7, 22, 42, 62) aus einer Mehrzahl von Scheibenelementen gebildet ist, die aufeinandergestapelt zueinander benachbarte Kanäle zwischen den Scheibenelementen ausbilden, wobei eine erste Anzahl der Kanäle einem ersten Strömungskanal zugeordnet ist und eine zweite Anzahl der Kanäle einem zweiten Strömungskanal zugeordnet ist, und durch den ersten Strömungskanal ein Kältemittel ström bar ist und durch den zweiten Strömungskanal ein Kühlmittel strömbar ist, wobei der erste Strömungskanal einen ersten Bereich zur Enthitzung und Kondensation (34, 54, 81 ) des dampfförmigen Kältemittels aufweist und einen zweiten Bereich zur Unterkühlung ( 35, 55, 82) des kondensierten Kältemittels aufweist, wobei zumindest ein Abschnitt des ersten Strömungskanals mit zumindest einem Abschnitt des zweiten Strömungskanals in thermischen Kontakt steht, und der erste Bereich eine erste Fluidzuleitung (23, 43, 63) und eine erste Fluidableitung (24, 44, 64) aufweist und der zweite Bereich eine zweite Fluidzuleitung (25, 45, 65) und eine zweite Fluidableitung (26, 46, 66) aufweist, wobei der Kondensator (1 , 20, 40, 60) einen Sammler (2, 21 , 41 , 61 ) zur Bevorratung des Kältemittels aufweist, und ein Kältemittelübertritt aus dem ersten Bereich in den zweiten Bereich durch den Sammler (2, 21 , 41 , 61 ) führt, wobei der Sammler (2, 21 , 41 , 61 ) über die erste Fluidableitung (24, 44, 64), welche auch den Fluidein- lass des Sammlers (2, 21 , 41 , 61 ) bildet, mit dem ersten Bereich in Fluidkommunikation steht, und über die zweite Fluidzuleitung (25, 45, 65), welche auch den Fluidauslass des Sammlers (2, 21 , 41 , 61 ) bildet, mit dem zweiten Bereich in Fluidkommunikation steht, wobei der Sammler (2, 21 , 41 , 61 ) an einer Außenfläche des Kondensators (1 , 20, 40, 60) angeordnet ist.
2. Kondensator (1 , 20, 40, 60) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmittel im zweiten Strömungskanal und das Kältemittel im ersten Strömungskanal im Gleichstrom zueinander und/oder im Gegenstrom zueinander ström bar sind. 5
3. Kondensator (1 , 20, 40, 60) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Fluidableitung (24, 44, 64) und/oder die zweite Fluidzuleitung (25, 45, 65) innerhalb und/ oder außerhalb des Wärmeübertragerblocks (7, 22, 42, 62) angeordnet sind.
10
4. Kondensator (1 , 20, 40, 60) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Fluidableitung (24, 44, 64) und/oder die zweite Fluidzuleitung (25, 45, 65) durch eine Rohrleitung ( 0) gebildet sind.
5
5. Kondensator (1 , 40) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Fluidzuleitung (43) und die zweite Fluidzuleitung (45), betrachtet entlang der Hauptdurchströmungsrichtung eines Kanals zwischen den Scheibenelementen, am gleichen Endbereich des Kondensa- 0 tors (1 , 40) angeordnet sind, wobei die erste Fluidableitung (44) und die zweite Fluidableitung (46) am gegenüberliegenden Endbereich des Kondensators (1 , 40) angeordnet sind.
6. Kondensator (1 , 40) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die
15 erste Fluidzuleitung (43) und die zweite Fluidzuleitung (45) in Montageendlage des Kondensators (1 , 40) am oberen Endbereich des Kondensators (1 , 40) angeordnet sind.
7. Kondensator (1 , 20, 40, 60) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, •0 dadurch gekennzeichnet, dass der innere Volumenanteil des zweiten Bereichs des ersten Strömungskanals maximal ca. 40%, dabei vorzugsweise ca. 20%, dabei vorzugsweise zwischen ca. 5% und ca. 15% des inneren Gesamtvolumens des ersten Strömungskanals ausmacht.
5 8. Kondensator (1 , 20, 40) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlmittelzuleitung (5, 27, 47) und die Kühlmittelableitung (6, 28, 48) des zweiten Strömungskanals, entlang der Durchströmungsrichtung eines Kanals zwischen den Scheibenelementen be- 5 trachtet» an gegenüberliegenden Endbereichen des Kondensators (1 , 20, 40) angeordnet sind.
9. Kondensator (1 , 60) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Bereich und/oder der zweite Bereich des
10 ersten Strömungskanals innerhalb des Kondensators (1 , 60) ein oder mehrmals in seiner Hauptdurchströmungsrichtung umgelenkt wird,
10. Kondensator (1 , 60) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Strömungskanal innerhalb des Kondensat s tors (1 , 60) zumindest einmal in seiner Hauptdurchströmungsrichtung um etwa
180° umgelenkt wird.
1 1 . Kondensator (1 , 60) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Strömungskanal in seiner Hauptdurchströ- 0 mungsrichtung einmal um etwa 180° umgelenkt wird, wodurch ein Hinströmbereich und ein Rückströmbereich entsteht, wobei das innere Volumen des Hinströmbereichs des zweiten Strömungskanals und das innere Volumen des Rückströmbereichs des zweiten Strömungskanals etwa gleich groß und/oder ungleich groß sind.
5
12. Kondensator (1 , 60) nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das
Kühlmittel derart durch den zweiten Strömungskanal strömt, dass es entlang der Hauptdurchströmungsrichtung des zweiten Strömungskanals zuerst in thermischen Kontakt mit dem zweiten Bereich des ersten Strömungskanals0 tritt oder es zuerst mit dem zweiten Bereich und wenigstens einem Abschnitt des ersten Bereichs des ersten Strömungskanals in thermischen Kontakt tritt und jeweils nach der Umlenkung im Wesentlichen in thermischen Kontakt mit dem ersten Bereich des ersten Strömungskanals tritt. 5 13. Kondensator (1 , 60) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem ersten Bereich zur Enthitzung und Kondensation des dampfförmigen Kältemittels und dem zweiten Bereich zur Unterkühlung des kondensierten Kältemittels eine thermische Trennung vorhanden ist.
14. Kondensator (1 , 60) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die thermische Trennung als thermisch isolierende Scheibe, als Luftspalt, als Luft führender Kanal, als Teil des zweiten Strömungskanals mit einem mehrfach ausgeführten Kühlmittelpfad und/oder als Teil des zweiten Strömungskanals mit einer größeren Strömungsquerschnittsfläche als der übrige zweite Strömungskanal ausgebildet ist.
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