EP4244549A1 - Heat exchanger and refrigerant circuit - Google Patents

Heat exchanger and refrigerant circuit

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Publication number
EP4244549A1
EP4244549A1 EP21810302.6A EP21810302A EP4244549A1 EP 4244549 A1 EP4244549 A1 EP 4244549A1 EP 21810302 A EP21810302 A EP 21810302A EP 4244549 A1 EP4244549 A1 EP 4244549A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
heat exchanger
refrigerant
channel
distributor
nozzle
Prior art date
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Pending
Application number
EP21810302.6A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Andreas Wagner
Thomas Rieger
Philipp JEHS
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
CTS Clima Temperatur Systeme GmbH
Original Assignee
CTS Clima Temperatur Systeme GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by CTS Clima Temperatur Systeme GmbH filed Critical CTS Clima Temperatur Systeme GmbH
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Pending legal-status Critical Current

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    • F28F9/0282Header boxes; End plates with static flow control means, e.g. with means for uniformly distributing heat exchange media into conduits by varying the geometry of conduit ends, e.g. by using inserts or attachments for modifying the pattern of flow at the conduit inlet or outlet

Definitions

  • the invention relates to a heat exchanger for generating temperatures below a temperature of approximately 223 K.
  • a temperature of approximately 223 K is to be understood as a temperature in the range from 220 K to 230 K, preferably 220 K to 225 K.
  • the invention is therefore based on the object of creating a heat exchanger in which problems caused by sublimating refrigerants are avoided as far as possible.
  • this object is achieved by a heat exchanger which has a refrigerant distributor arranged on the inlet side of the heat exchanger, at least one nozzle element running from the refrigerant distributor and limiting a mass flow of the refrigerant, at least one heat exchanger channel which is connected to the at least one nozzle element and which in turn runs in a heat exchanger body, and a refrigerant collector arranged on the output side of the heat exchanger and adjoining the at least one heat exchanger channel on its side opposite the nozzle element.
  • the advantage of the solution according to the invention can be seen in the fact that the mass flow limitation required for the formation of a solid phase of the refrigerant takes place through the nozzle element immediately before entry into the heat exchanger channel, so that there is the possibility of the formation of the solid phase of the refrigerant as possible before entry into the heat exchanger channel and then in the heat exchanger channel, due to the expansion following the nozzle element, essentially only allowing a formation of solid and gaseous phases to take place, with the solid phase and the gaseous phase of the refrigerant in the course of the heat exchanger channel through sublimation of heat record, tape.
  • the formation of a solid phase and thus the problem of blockages due to the formation of the solid phase of the refrigerant can essentially be avoided both in the refrigerant distributor and in the nozzle element.
  • the nozzle element limiting the mass flow of the refrigerant has a cross-sectional area which, in relation to a subsequent heat exchanger channel supplied with refrigerant, is at most 0.05 mm 2 or less, preferably at most 0.01 mm 2 or less , and more preferably at most 0.005 mm 2 or less.
  • the maximum cross-sectional areas should be made even smaller by a factor corresponding to the number of nozzle elements.
  • the maximum cross-sectional areas must be increased by a factor corresponding to the number of heat exchanger channels.
  • the design of the heat exchanger channels it is preferably provided that they have a cross-sectional area of less than 8 mm 2 , preferably 4 mm 2 and even better 1.5 mm 2 in order to obtain optimum heat transfer, particularly with the sublimating refrigerant.
  • any sublimating refrigerant is conceivable as the refrigerant.
  • carbon dioxide is provided as a refrigerant within the scope of this invention, to which additives, for example hydrocarbons, can also be added if necessary.
  • thermoelectric body is designed to enclose the at least one heat exchanger channel on the peripheral side.
  • the heat exchanger body is designed as a tubular body.
  • a heat exchanger channel can run in the heat exchanger body.
  • Another possibility provides for a multiplicity of heat exchanger channels to run in the heat exchanger body.
  • the at least one heat exchanger channel has at least one flow deflection area.
  • a flow deflection area serves to prevent the solid phase of the refrigerant from settling in the heat exchanger channel by changing or varying the flow conditions, for example by generating turbulence.
  • the flow deflection area brings about a flow deflection at an angle of at least 30° with respect to a rectilinear direction of flow propagation.
  • the flow deflection region effects a flow deflection at an angle of at least 40° with respect to a straight flow propagation.
  • the at least one heat exchanger channel has flow deflection areas that connect channel sections running at an angle to one another.
  • the at least one heat exchanger channel has at least one curved flow deflection area, since this makes it possible to change the flow conditions to a sufficiently large extent.
  • the at least one curved flow deflection area has a radius of curvature that is at most 40 times the mean diameter of the heat exchanger channel.
  • An advantageous embodiment provides that the respective heat exchanger channel extends between a first end area associated with it and formed by the heat exchanger body and connected to the refrigerant distributor and a second end area connected to the refrigerant collector.
  • An advantageous solution provides that the first end area of the heat exchanger is arranged such that it engages in the coolant distributor.
  • the receptacle can be arranged, in particular formed, on the refrigerant distributor.
  • a particularly advantageous solution provides for the receptacle to be arranged on a wall of the refrigerant distributor and, in particular, to be formed into the wall by machining it.
  • an expedient solution provides that the receptacle accommodates an end wall area of the heat exchanger body.
  • the end wall area of the heat exchanger body rests against a base of the receptacle.
  • the receptacle encompasses the heat exchanger body in the area of its outer contour at least in a peripheral segment, in particular completely.
  • nozzle element in particular the nozzle channel, extends from a region of the receptacle adjoining the heat exchanger channel to the interior of the refrigerant distributor.
  • the first end region of the heat exchanger body extends into an interior space of the coolant distributor and is in particular arranged in it.
  • the heat exchanger channel is closed at the first end area by an embossing of at least one wall area of the heat exchanger body, so that the heat exchanger channel does not open directly into the refrigerant distributor, but instead refrigerant is supplied from the refrigerant distributor via the nozzle element.
  • the respective heat exchanger channel is closed at the first end area by an embossing of at least one wall area of the heat exchanger body.
  • the embossing is expediently carried out in such a way that the at least one wall area of the heat exchanger body deformed by the embossing lies within an outer contour of the heat exchanger body in order to be able to easily establish a connection between the refrigerant distributor and the heat exchanger body in the area of the outer contour that is unchanged by such an embossing.
  • the embossing of the wall area of the heat exchanger body takes place as a one-sided embossing with partial preservation of an outer contour of the heat exchanger body opposite this wall area.
  • embossing is formed as a multi-sided embossing of a plurality of wall areas, in particular two wall areas lying opposite one another, of the heat exchanger body.
  • the nozzle element could be designed as a gap which limits the mass flow of the refrigerant.
  • nozzle element is designed as a nozzle channel.
  • the nozzle element could be arranged outside of the end area of the heat exchanger channel.
  • At least one nozzle element for supplying refrigerant to the respective heat exchanger channel is arranged on the first end area, so that the end area is also used to form the nozzle element.
  • the nozzle element is incorporated into the end area, for example this can take place before or after the embossing in the end area.
  • the nozzle element can be incorporated by laser processing.
  • nozzle element is arranged in the area of a wall area deformed by the embossing.
  • a further advantageous solution provides that the nozzle element is incorporated into an end wall area formed by the embossing.
  • the nozzle element is formed by a nozzle channel shaped body against which the at least one wall area is embossed, with the nozzle channel having the shape specified by the nozzle channel shaped body after the removal of the nozzle channel shaped body after embossing.
  • the object mentioned at the outset is achieved according to the invention in that a further advantageous solution provides for several heat exchanger channels to lie next to one another in the heat exchanger body, for example in a plane in which the heat exchanger body extends in the form of a plate.
  • a plate heat exchanger can thus be produced in a simple manner.
  • this is possible in that a plurality of heat exchanger bodies are arranged one above the other in a stacking direction with extension planes parallel to one another. Provision is preferably made here for the plurality of heat exchanger bodies to be connected to a refrigerant distributor which extends in the stacking direction.
  • a nozzle element for feeding refrigerant into the respective heat exchanger channel is arranged in a wall region of the refrigerant distributor, which is adjoined by at least one heat exchanger channel of the heat exchanger body.
  • the heat exchanger channels connect to the nozzle elements with their first end area and open into the refrigerant collector with their second end area.
  • the refrigerant collector extends in the stacking direction.
  • the object mentioned at the beginning is achieved in that in a further advantageous embodiment of a heat exchanger according to the invention it is provided that the heat exchanger channels run between an inner body enclosing a channel for heat-emitting medium and an outer body enclosing the inner body on its side opposite the heat-emitting medium and which is arranged in the area of a first end side of the inner body and the outer body of the refrigerant distributor and is arranged in the area of a second end side of the inner body and the outer body of the refrigerant collector opposite the first end side.
  • the nozzle elements e.g.
  • nozzle element carrier located between the inner body and the outer body, wherein the nozzle element carrier can be embodied, for example, as a distribution ring and with at least one nozzle element, in particular a nozzle duct, opening into one of the heat exchanger ducts.
  • a nozzle element that limits the mass flow of the refrigerant is arranged in the refrigerant distributor and supplies refrigerant to all of the heat exchanger channels.
  • the nozzle element has a sufficiently large cross section so that it can act to limit the mass flow for the total number of heat exchanger channels.
  • Such a nozzle element can be formed, for example, by an annular gap, with the annular gap preferably being formed by two concentric, for example conical, surfaces that can be adjusted relative to one another for setting the annular gap.
  • the heat-emitting medium supplies heat to the refrigerant in the respective heat-exchanger channel through the respective heat-exchanger body.
  • the at least one heat exchanger body is in direct contact with the heat-exchanging medium in order to ensure optimal heat conduction. Furthermore, to avoid evaporation processes in the refrigerant distributor, it is preferably provided that the heat exchanger in the area of the refrigerant distributor is provided with thermal insulation that encloses it in particular, so that the refrigerant is not cooled to such an extent that it is at least partially converted into a solid before it enters the nozzle element phase can pass.
  • the invention relates to a refrigerant circuit, comprising a refrigerant compressor, a heat exchanger extracting heat from the compressed refrigerant and a heat-absorbing heat exchanger fed with the compressed refrigerant, which heat exchanger is designed according to one of the preceding features.
  • the refrigerant supplied to the refrigerant distributor in the refrigerant circuit during operation thereof has a pressure above a triple point of the refrigerant and enters the refrigerant distributor with this pressure.
  • refrigerant is fed into the refrigerant distributor in a supercritical state of the latter.
  • refrigerant with a liquid phase and a gaseous phase is supplied to the refrigerant distributor.
  • a further embodiment of the solution according to the invention provides that when the refrigerant circuit is in operation, refrigerant in the liquid phase is supplied to the refrigerant distributor.
  • the refrigerant circuit according to the invention provides for the refrigerant in the heat exchanger channels to be present at a pressure below the pressure of the triple point of the refrigerant during operation of the refrigerant circuit.
  • Such a pressure has the consequence that part of the refrigerant changes into the solid phase and another part of the refrigerant into the gas phase and that the refrigerant present in the solid phase then also changes into the gas phase by sublimation.
  • the nozzle element is dimensioned in such a way that there is essentially no expansion of the refrigerant to a pressure below the triple point of the same during operation of the refrigerant circuit, so that the refrigerant only has the opportunity in the heat exchanger channels to get into the solid To pass phase and then to sublimate.
  • the invention relates to a temperature testing system, in which a refrigerant circuit is provided according to one of the above features and in which the heat-absorbing heat exchanger interacts with a medium acting on a test object, which is arranged, for example, in a test chamber of the testing system, so that in the test chamber allow the desired low temperatures to be generated.
  • the refrigerant circuit supplies compressed refrigerant to a second heat exchanger, in which it evaporates at a pressure which is above the pressure of the triple point of the refrigerant.
  • Such a second heat exchanger offers the advantage that, due to its higher efficiency, the medium in the test chamber and thus also the test object can initially be cooled with it, and only then when temperatures below approximately 223° K are required, the first heat exchanger for use comes.
  • the temperature testing system according to the invention can thus be operated with improved efficiency.
  • the invention relates to a method for operating a refrigerant circuit and a temperature testing system.
  • Heat exchanger (30) comprising a refrigerant distributor arranged on the inlet side of the heat exchanger, at least one nozzle element (34, 146) running from the refrigerant distributor (32) and limiting a mass flow of the refrigerant, at least one nozzle element (34, 146) attached to the at least one nozzle element adjoining heat exchanger channel (36), which in turn runs in a heat exchanger body (40), and a refrigerant collector (38) arranged on the outlet side of the heat exchanger (30) and adjoining the at least one heat exchanger channel (36) on its side opposite the nozzle element (34, 146) .
  • Heat exchanger according to embodiment 1 or 2 wherein the heat exchanger body (40) is designed as a tubular body (50).
  • Heat exchanger according to one of the preceding embodiments, wherein a heat exchanger channel (36) runs in the heat exchanger body (40).
  • Heat exchanger according to one of embodiments 1 to 3, wherein a plurality of heat exchanger channels (36) runs in the heat exchanger body (40).
  • each flow deflection area (92) effects a flow deflection at an angle of at least 20° with respect to a rectilinear direction of flow propagation.
  • Heat exchanger according to embodiment 15 or 16 wherein the receptacle (35) accommodates an end wall area (64) of the heat exchanger body (40). 18. Heat exchanger according to one of embodiments 15 to 17, wherein the receptacle (35) encompasses the heat exchanger body (40) in the area of its outer contour (52) at least in the area of a peripheral segment.
  • Heat exchanger according to one of embodiments 15 to 18, wherein the nozzle element (34) extends from an area of the receptacle (35) adjoining the heat exchanger channel (36) to the interior (46) of the refrigerant distributor (32).
  • Heat exchanger according to one of embodiments 19 to 25, wherein at least one nozzle element (40, 146) for supplying refrigerant to the respective heat exchanger channel (36) is arranged on the first end region (42).
  • Heat exchanger according to one of the embodiments 21 to 27, wherein the nozzle element (34) is arranged in the area of a wall area (56, 64) deformed by the embossing.
  • Heat exchanger according to the preamble of embodiment 1 or according to one of the preceding embodiments, wherein a plurality of heat exchanger channels (36) lie next to the heat exchanger body (40') in a plane in which the heat exchanger body (40') extends in the form of a plate.
  • Heat exchanger according to embodiment 33 wherein in a wall area of the refrigerant distributor (32), to which at least one heat exchanger channel (36) of the heat exchanger body (40') adjoins, a nozzle element (34) for supplying refrigerant into the respective heat exchanger channel (36) is arranged.
  • Heat exchanger according to one of the preceding embodiments, wherein the heat exchanger channels (36) connect to the nozzle elements (34) with their first end areas (42) and open into the refrigerant collector (38') with their second end areas (44').
  • Heat exchanger according to embodiment 37 wherein the nozzle elements (34) are arranged in a nozzle element carrier (128) located between the inner body (122) and the outer body (124) and that in each case at least one nozzle element (34) is inserted into one of the heat exchanger channels (36) flows.
  • Heat exchanger according to embodiment 37 wherein a nozzle element (146) limiting the mass flow of the refrigerant is arranged in the refrigerant distributor (32′′′′) and supplies refrigerant to all heat exchanger channels (36).
  • Heat exchanger according to one of the preceding embodiments, wherein a heat-emitting medium supplies heat to the coolant in the respective heat-exchanger channel (36) through the respective heat-exchanger body (40).
  • Heat exchanger according to embodiment 40 wherein the at least one heat exchanger body (40) is in direct contact with the heat-exchanging medium.
  • Refrigerant circuit (10) comprising a refrigerant compressor (12), a heat exchanger (18) extracting heat from the compressed refrigerant, and a heat-absorbing heat exchanger (30) fed with the compressed refrigerant, which is designed according to one of the preceding embodiments.
  • Refrigerant circuit according to embodiment 43 wherein the refrigerant supplied to the refrigerant distributor (32) in the refrigerant circuit (10) has a pressure above a triple point of the refrigerant and enters the refrigerant distributor (32) with it.
  • Refrigerant circuit according to embodiment 43 or 44 wherein the pressure of the refrigerant in the heat exchanger channels (36) is below the triple point of the refrigerant and the refrigerant collector (38) is connected to a suction side (14) of the refrigerant compressor (12).
  • Refrigerant circuit according to embodiment 43 to 45 wherein in the refrigerant circuit (10), refrigerant is supplied into the refrigerant distributor (32) in a supercritical state thereof.
  • Refrigerant circuit according to one of the embodiments 43 to 46 wherein in the refrigerant circuit (10) a supply of refrigerant with a liquid and a gaseous phase takes place in the refrigerant distributor (32).
  • Temperature testing system according to embodiment 51, wherein the refrigerant circuit supplies compressed refrigerant to a second heat exchanger (230), in which this refrigerant evaporates at a pressure which is above the pressure of the triple point of the refrigerant.
  • a method for operating a refrigerant circuit (10) comprising a refrigerant compressor (12), a heat exchanger (18) extracting heat from the compressed refrigerant and a heat-absorbing heat exchanger (30) fed with the compressed refrigerant, which is designed according to one of the preceding embodiments, wherein in the refrigerant circuit (10) the refrigerant is supplied to the refrigerant distributor (32) at a pressure above a triple point of the refrigerant.
  • Method for operating a temperature testing system which has a refrigerant circuit (10') according to one of the embodiments 43 to 50, and a heat-absorbing first heat exchanger (30) according to one of the embodiments 1 to 42, which is connected to a medium (214), in particular in a test chamber (210) thereof, and in which the refrigerant circuit (10') is operated according to a method according to one of the embodiments 53 to 59.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a first embodiment of a refrigerant circuit according to the invention
  • FIG. 2 shows a first exemplary embodiment of a heat exchanger according to the invention
  • FIG. 3 shows a schematic representation of a first end region of a heat exchanger body designed as a tubular body, wherein
  • Fig. 3a is a plan view of the end portion
  • Figure 3b shows a longitudinal section through the end portion
  • Figure 4a is a front plan view
  • Fig. 4b is a longitudinal section and Fig. 4c shows the final shape of a closure of the tubular body achieved by stamping
  • FIG. 5 shows a schematic representation similar to FIG. 4 of the production of a nozzle channel by inserting a nozzle channel shaped body during embossing and removing the same after embossing
  • 5a shows the embossing with the nozzle channel shaped body in a plan view from the front
  • 5c shows the end shape of the nozzle channel after removal of the nozzle channel shaped body
  • 6a shows the embossing in a plan view from the front
  • FIG. 7 shows a closure of a heat exchanger channel by stamping the tubular body on two sides analogously to FIG. 4;
  • FIG. 8 shows the production of a nozzle channel by multi-sided stamping of the tubular body using a nozzle channel shaped body analogous to FIG. 5 and
  • FIG. 9 shows the introduction of a nozzle channel into an end wall area of the embossed end area analogous to FIG. 6;
  • FIG. 10 shows a longitudinal section through a second embodiment of a closure of heat exchanger channels in the first end area of a heat exchanger body
  • FIG. 11 shows a representation of a further exemplary embodiment of a closure of a plurality of heat exchanger channels of the tubular body in the first end region
  • 11a is a plan view of the end area
  • 11b shows a longitudinal section through the end area
  • FIG. 12 shows a representation of a closure of the multiple heat exchanger channels by embossing on one side analogously to FIG. 4;
  • FIG. 13 shows a schematic representation similar to FIG. 12 of a production of a nozzle channel by means of a nozzle channel shaped body and removal of the same after stamping analogous to FIG. 5;
  • FIG. 14 shows the introduction of a nozzle channel into the end wall area of the end area produced by embossing analogously to FIG. 6;
  • FIG. 15 shows a closure of the heat exchanger channels by stamping the tubular body on two sides analogously to FIG. 7;
  • FIG. 16 shows the production of a nozzle channel by stamping the tubular body on two sides using a nozzle channel shaped body analogous to FIG. 8 ;
  • FIG. 17 an introduction of a nozzle channel into an end wall area of the embossed end area analogously to FIG. 9;
  • FIG. 18 shows a partial side view of a further exemplary embodiment of a heat exchanger according to the invention.
  • Figure 19 is a section taken along line 19-19 of Figure 18;
  • FIG. 20 shows a section similar to FIG. 19 through a further exemplary embodiment of a heat exchanger according to the invention.
  • FIG. 21 shows a first exemplary embodiment of a heat exchanger channel with flow deflection elements
  • FIG. 22 shows a second exemplary embodiment of a heat exchanger channel with flow deflection elements
  • FIG. 23 shows a third exemplary embodiment of a heat exchanger channel with flow deflection elements
  • FIG. 24 shows a fourth exemplary embodiment of a heat exchanger channel with flow deflection elements
  • FIG. 25 shows a fifth exemplary embodiment of a heat exchanger channel with flow deflection elements
  • 26 shows a sixth exemplary embodiment of a heat exchanger channel with flow deflection elements
  • FIG. 27 shows a schematic representation of a partial section along line 27-27 in FIG. 28 through a further exemplary embodiment of a heat exchanger according to the invention, designed as a plate heat exchanger;
  • FIG. 28 shows a position of the plate heat exchanger according to FIG. 27;
  • 29 shows a representation of a distribution ring with nozzle channels for supplying refrigerant to the heat exchanger channels of a layer of the plate heat exchanger;
  • FIG. 30 shows an exemplary embodiment of a refrigerant distributor which is routed through all layers of the plate heat exchanger
  • FIG. 31 shows an exploded view of a further exemplary embodiment of a heat exchanger according to the invention, designed as a coaxial heat exchanger;
  • FIG. 32 shows a longitudinal section through a further exemplary embodiment of a heat exchanger according to the invention, also designed as a coaxial heat exchanger and
  • FIG 33 shows a schematic representation of an exemplary embodiment of a temperature testing system.
  • FIG. 1 of a refrigerant circuit designated as a whole by 10 comprises a refrigerant compressor 12, which compresses refrigerant supplied on a suction side 14 and discharges it on a high-pressure side 16, with the refrigerant compressed to high pressure being fed from the refrigerant circuit 10 to a heat exchanger 18 on the high-pressure side , which is capable of extracting heat from the refrigerant compressed to high pressure and dissipating it in the form of a heat flow 22 .
  • the compressed refrigerant which has been cooled by removing the heat flow 22, is fed to a control valve 24, which thus makes it possible to feed the refrigerant, which is still under pressure, to a heat exchanger, designated as a whole by 30, in which, after expansion of the refrigerant, heat is absorbed, in Fig. 1 identified as fluid stream 28.
  • the heat exchanger has a refrigerant distributor 32 connected to the control valve 24, to which the pressurized refrigerant is supplied and from which the refrigerant is supplied via nozzle channels 34 to the heat exchanger channels 36, in which the refrigerant expands while absorbing heat from the fluid flow 28 takes place, which runs in particular transversely or perpendicularly to the plane of the drawing.
  • the refrigerant After flowing through the heat exchanger channels 36 , the refrigerant enters a refrigerant collector 38 which collects the refrigerant from all the heat exchanger channels 36 and from which the refrigerant is then supplied to the suction side 14 of the refrigerant compressor 12 .
  • the heat exchanger channels 36 are formed by heat exchanger bodies 40 running parallel to one another, which extend from the refrigerant distributor 32 to the refrigerant collector 38, with the heat exchanger bodies 40 having a first end region 42 for connection to the refrigerant distributor 32 and a second end region 44 for connection to the refrigerant collector.
  • a preferred design solution provides for the first end area 42 of the heat exchanger bodies 40 to protrude into an interior space 46 of the refrigerant distributor 32 and also for the first end area 42 to be provided with the nozzle duct 34, which thus leads out of the interior space 46 of the refrigerant distributor 32 refrigerant absorbs and delivers it to the heat exchanger channel 36, in which the refrigerant then expands and cools the heat exchanger body 40, so that it can absorb heat from the heat flow 28 flowing around the respective heat exchanger body.
  • the nozzle channels 34 are formed in the end regions 42 in such a way that they limit a mass flow of the refrigerant flowing from the interior 46 to the respective heat exchanger channel 36 .
  • the design of the nozzle channels 34 with regard to their cross-sectional area is such that the refrigerant flows in them at the critical speed, ie in this case the speed of sound, and thus essentially an isenthalpic expansion of the refrigerant takes place in the nozzle channels 34 .
  • the refrigerant is supplied in the refrigerant circuit 10 to the refrigerant distributor 32 at a pressure level which is above the triple point, for example in the range between 10 bar and 160 bar, preferably in the range from 70 bar to about 140 bar and in particular in the range from 10 bar to about 70 bar.
  • the pressure in the nozzle channel 34 is then reduced, but at the transition from the nozzle channel 34 to the heat exchanger channel 36 it is preferably still above the triple point of the refrigerant, in this case above the triple point of CO2, so that there is essentially a sublimation in the nozzle channel 34 is prevented.
  • the pressure in the nozzle channel 34 and in particular also up to the outlet of the nozzle channel 34 is preferably in the range of greater than 6 bar, for example in the range from approximately 6 bar to approximately 40 bar.
  • the pressure is below the pressure of the refrigerant at the triple point, so that a solid phase of the refrigerant forms and sublimation of the refrigerant, i.e. in this case CO2 for example, occurs, so that the refrigerant on its way passes completely into the gaseous state through the heat exchanger channel 36 in the respective heat exchanger body 40 and can absorb heat from the fluid flow 28 in the process.
  • a solid phase of the refrigerant forms and sublimation of the refrigerant, i.e. in this case CO2 for example
  • Gaseous refrigerant is preferably present at the second connection 44 of the heat exchanger body 40, which passes from the heat exchanger channel 36, in particular with its cross section, into an interior space 48 of the refrigerant collector and is collected by the latter and fed via the refrigerant circuit 10 to the suction side 14 of the refrigerant compressor 12.
  • the nozzle channels 34 have, for example, a diameter of less than 0.1 mm and a length in the range of 0.05 mm to 5 mm.
  • the heat exchanger body 40 is designed, for example, as a tubular body 50, which extends from the first end region 42 to the second end region 44 and has, for example, a substantially circular outer contour 52, with a tube wall 54 forming the outer contour 52 encloses the heat exchanger channel 36 on the peripheral side, as shown in FIGS. 3a and 3b.
  • first end region 42 When forming the first end region 42, it is necessary, as shown in FIGS. 4a to 4c, to close the heat exchanger channel 36.
  • This is done, for example, by embossing the tubular body 50 on one side, with a first tubular wall area 56, which forms, for example, one half of the tubular body 50, being deformed in such a way that it comes to rest against an opposite, undeformed tubular wall area 58, so that the embossing of the tubular body 50 the embossed tube wall area 56 lies tightly against the undeformed tube wall area 58 along a contact surface 62 and thus closes the heat exchanger channel 36 in the area of the connection section 42, this taking place in particular with the formation of an end wall area 64 closing the heat exchanger channel 36, as shown in FIGS. 4a to 4c .
  • a nozzle channel shaped body 72 in the region of contact surface 62 when stamping tube wall region 56 into tube wall region 58 before laying tube wall region 56 against tube wall region 58, which has the dimensions of the 5a to 5b, so that the tube wall area 56 rests against the tube wall area 58 along the contact surface 62, but not in the area of the nozzle channel shaped body 72.
  • the nozzle channel 34 remains in the end section 42, as shown in FIG.
  • nozzle channel shaped body As an alternative to providing the nozzle channel shaped body, there is also the possibility, as shown in Fig. 6a to c, of introducing the nozzle channel 34 into the end wall area 64 after closing the heat exchanger channel 36 in the area of the first connection section 42 by machining, for example laser machining, so that the nozzle channel 34 passes through the end wall area 64 and thus the pipe wall area 56 bears against the pipe wall area 58 over the entire surface along the contact surface 62 formed during the embossing.
  • machining for example laser machining
  • a nozzle channel 34 in one of the end wall areas 64a, 64b after stamping the tube wall areas 56a and 56b together to form the end wall areas 64a and 64b, for example by machining, in particular laser machining then penetrates the respective end wall area 64a or 64b.
  • the embossing of the pipe wall areas 56 and 58 takes place within the outer contour 52, so that the heat exchanger body 40 in the area of the first end area 42 does not extend beyond the outer contour 52 of the tube body 50 extends out, but the deformed tube wall areas 56 are all within the outer contour 52.
  • the refrigerant distributor 32 is provided with thermal insulation 86, which prevents unwanted cooling of the refrigerant already in the interior 46 of the refrigerant distributor 32, so that this occurs even at a pressure that is higher than the pressure at the triple point a solid phase of the refrigerant before it enters the nozzle channels 34 is prevented as far as possible.
  • the heat exchanger body 40' is designed such that it has a tubular body 50' in which a plurality of heat exchanger channels 36 are arranged, with each heat exchanger channel 36 being surrounded by tube walls 54'.
  • the tube wall area 56 belonging to the respective heat exchanger channel 36 is embossed in the direction of an undeformed tube wall area 58, forming the contact surface 62 such that there is also a tight seal in the area of the contact surface 62 .
  • An end wall area 64 is thus formed for each heat exchanger channel 36, which closes this heat exchanger channel 36 in a similar way to that described in detail in connection with FIG. 4, to which reference is made in this regard.
  • a nozzle channel 34 can be formed on the respective end region 42', in particular by inserting a nozzle channel shaped body 72 between the tube wall regions 56 and 58 to be stamped in order to stamp the tube wall region 56, so that when the tube wall region is molded on 56 to the tube wall area 58 the Contact surface 62 in the area of the molded nozzle channel body 72 does not close tightly, but after the molded nozzle channel body 72 has been pulled out, as shown in FIG.
  • the respective nozzle channel 34 can also be provided in a manner similar to that described in connection with the tubular body 50 .
  • the nozzle channel shaped body 72 is to be inserted between the pipe wall areas 56a and 56b to be pressed and to be removed after the stamping has taken place, so that the nozzle channel 34 corresponding to the nozzle channel gauge 72 is placed between the stamped ones Tube wall portions 56a and 56b remains.
  • a nozzle channel 34 for example by laser machining, into the end wall regions 64a and 64b that form when the tube wall regions 56a and 56b are stamped together, for example in one of them or optionally in both , as shown in Fig. 17b.
  • the tubular wall regions 56a and 56b are also embossed in such a way that their final shape does not protrude beyond the outer contour 52' of the tubular body 50', so that the tubular body 50' can, analogously to the solution according to FIG. 10, be placed in openings 82 of the wall 84 of the refrigerant distributor 32 can be introduced and connected to the wall 84 outside of the first end region 42 in order to be able to produce the heat exchanger 30 as simply as possible.
  • a heat exchanger 30 according to the invention shown in Figs.
  • the refrigerant distributor 32 comprises an elongate, for example tube-like body with a wall 33 which, preferably, accommodates a receptacle 35 for the end region 42 of the heat exchanger body 40 designed as a tubular body 50 is adapted in a form-fitting manner to the first end region 42, which is designed in particular as a blunt end of the tubular body 50, so that the end region 42 rests with its end wall region 54 on a base 37 of the receptacle 35 and a side wall 39 of the receptacle 35 has an outer contour 52 of the tubular body 50 , In particular the circular outer contour of the tubular body 50 includes.
  • the end region 42 After the end region 42 has been inserted into the receptacle 35, it can be tightly connected to the wall 33 of the distributor 32 in a simple manner, for example by joining.
  • a nozzle channel 34 which is designed according to the dimensions corresponding to the above exemplary embodiments and functions according to the operating conditions mentioned, is preferably incorporated in an area of the base 37 that covers the front side of the heat exchanger channel 36 and, starting from this, which extends into the interior space 46 of the refrigerant distributor 32 extends, the incorporation of the nozzle channel 34 being carried out, for example, by mechanical drilling or laser machining.
  • the receptacle 35 in the wall 33 of the refrigerant distributor 32 is incorporated by mechanical processing, for example drilling or milling, and in particular is dimensionally precisely matched to the outer contour 52 of the tubular body.
  • two receptacles 35 can be incorporated into a side wall 33s of the refrigerant distributor 32, for example with an oval cross-sectional shape, with a tubular body 50 being inserted in the same way in each of these receptacles 35. as described in connection with the previous embodiment.
  • the respective nozzle channel 34 which extends into the interior 46 , is also worked out in the respective bottom 37 of the respective receptacle.
  • the dimensions of the nozzle channel 34 and the pressures in the refrigerant distributor 32 and in the respective nozzle channel 34 are therefore identical to those of the preceding exemplary embodiments.
  • the heat exchanger channels 36 have flow deflection areas 92, as shown in FIG the solid refrigerant takes place.
  • the flow deflection areas 92 could be arranged in such a way that they are each arranged between channel sections 94 running in a straight line.
  • the flow deflection areas 92 are preferably designed in such a way that they cause a flow deflection, for example in relation to a straight flow propagation direction 96, of for example at least 20°, preferably at least 40°, in order to achieve sufficiently large turbulence of the sublimating refrigerant.
  • the respective flow deflection area 92 could be designed as a kinked course of the heat exchanger channel 36 .
  • Another advantageous solution provides between the straight channel sections 94 flow deflection areas 92 ', which do not represent a kinking course of the heat exchanger channel 36, but a curved course with a radius of curvature R, which is a multiple of a central channel cross section. preferably less than 40 times the mean channel cross-section.
  • the change in curvature causes, for example, a direction deflection of the order of 90° with respect to the rectilinear propagation of the flow 96.
  • the flow deflection areas 92' can also be arranged, as for example in Fig. 23, so that two consecutive flow deflection areas 92' with their curvature cause a deflection in the same direction and then again in the opposite direction, whereby in each case between two flow deflection areas deflecting in the same direction 92' straight channel sections 94 lie.
  • the flow deflection areas 92" are curved in such a way that they each cause a flow deflection by an angle of the order of approximately 180°, with successive flow deflection areas 92" being connected to one another by straight channel sections 94 .
  • the flow deflection regions 92' which have a radius of curvature, are arranged directly one after the other, so that there are no longer any channel sections 94 running in a straight line between them.
  • the flow deflection sections 92' lead to flow deflections in the order of approximately 20° to 90°.
  • the flow deflection areas 92" also follow one another directly, with these flow deflection areas 92" each causing a flow deflection with the radius of curvature R., which, however, is in the order of approximately 180°, so that in particular the Course of the heat exchanger channel 36 can also be referred to as meandering.
  • a heat exchanger 30" in a further exemplary embodiment of a heat exchanger 30" according to the invention, shown in FIGS. 27, 28 and 29, this is designed as a plate heat exchanger 100, which has layers 104 lying one above the other in a stacking direction 102, in which on the one hand the heat exchanger channels 36 run and on the other hand separated from This medium to be cooled, in this case preferably a fluid, such as a liquid, a gas or a phase-changing fluid, such as brine, is guided.
  • a fluid such as a liquid, a gas or a phase-changing fluid, such as brine
  • each layer 104 comprises two layered metal sheets 104a, 104b lying one on top of the other, which enclose the heat exchanger channels 36 between them and together form the heat exchanger bodies 40" in the layers 104, with the heat-emitting medium flowing through the layers 104 between the heat exchanger bodies 40".
  • the refrigerant distributor 32" runs parallel to the stacking direction 102 and/or the refrigerant collector 38" runs parallel to the stacking direction 102 and penetrates the various layers 104.
  • Such a layer 104 for forming the heat exchanger channels 36 is shown in FIG. 28, the channels 36 in the respective layer 104 being separated from one another by channel separations 106 provided in this layer 104, for example formed by the layer plates 104a, 104b.
  • At least one nozzle duct 34 leads to the respective heat exchanger duct 36, in which case all of the nozzle ducts 34 are formed in the wall 84" of the refrigerant distributor 32" and not in the heat exchanger ducts 36.
  • the wall 84" is formed in the respective layer by a distributor body 108, in which the individual nozzle channels 34 are incorporated, whereby this distributor body 108 can also be aligned relative to the respective layer 104 of the plate heat exchanger by means of an orientation element, for example a nose 112 .
  • an orientation element for example a nose 112 .
  • the distributor bodies 108 are each part of the coolant distributor 32" and form the wall 84" in the respective position as shown in FIG.
  • the distributor bodies 108 can be formed in one piece, with the nozzle channels 34 being incorporated into the wall 84'' by laser machining.
  • the distributor body 108 is divided in two, with the separating plane T between the distributor body elements 108a and 108b running through the nozzle channels 34 and these being produced in that the distributor body elements 108a and 108b are embossed with one another and for embossing in the separating plane T at the points of the to be produced
  • Nozzle channels 34 are arranged nozzle moldings 72, so that when the distribution body elements 108, 108b are stamped in the area of the parting plane T, the nozzle channels 34 are formed, as described in connection with the production of a nozzle channel 34 with FIGS. 5, 8, 13 and 16, whereupon content is referred to.
  • the refrigerant distributor 32 by a tubular body 114, which passes through all layers 104 and in each of the layers 104 in which the heat exchanger channels 36 are arranged, with heat exchanger channels to these 36 leading nozzle channels 34 are provided.
  • the heat exchanger channels 36 run between an inner body 122 and an outer body 124 enclosing the inner body 122, or they are incorporated into one of the same, with the inner body 122 enclosing a space 126 , In which a heat-emitting medium is arranged, in particular flows through it.
  • the inner body 122 and the outer body 124 thus together form the heat exchanger body 40'''.
  • a distribution body 128 is provided, which is provided with the nozzle channels 34 and extends between the inner body 122 and the outer body 124 and thus an interior space 46"' located between the inner body 122 and the outer body 124 of the also in this area by the inner body 122 and the outer body 124 formed coolant distributor 32"' delimited, wherein opposite the distributor body 128 the interior 46"" is closed by an annular body 132.
  • the refrigerant is supplied to the interior 46'' via a connection 134 from the refrigerant circuit.
  • the heat exchanger channels 36 in this exemplary embodiment also preferably run in a meandering manner, similar to the course in FIG. 25, so that reference can be made to the explanations relating to FIG. 25 in this regard.
  • the outer body 124 is provided with a connection 136 for the expanded refrigerant to be discharged, with the interior 48 of the refrigerant collector 38" forming between the inner body 122 and the outer body 124 following the second end regions 44" of the heat exchanger channels 36.
  • the heat exchanger channels 36 are also located between the inner body 122 and the outer body 124, and the heat-emitting fluid also flows through the inner space 126.
  • the refrigerant distributor 32"" is formed by a conical inner body 142 and a conical outer body 144 running at a distance from this, which form an annular gap or conical gap 146 between them, the flow cross section of which also limits the mass flow to via a connection 148 incoming pressurized refrigerant acts and thus has the same effect as the plurality of nozzle channels 34 in the distribution ring 128 of the previous embodiment.
  • the interior space 46"" of the coolant distributor 32"" simultaneously serves as a flow-restricting element for the inflowing coolant.
  • a distribution body similar to the distribution body 128 with nozzle channels 34 can also be provided between the conical inner body 142 and the conical outer body 144 .
  • the interior space 48 of the refrigerant collector 38 ′′ for discharging the refrigerant expanded in the heat exchanger channels 36 is also formed between the inner body 122 and the outer body 124 following the second end region 44 of the heat exchanger channels 36 .
  • a variant of a refrigerant circuit 10' according to the invention is, as shown in Fig. 33, part of a temperature testing system designated as a whole by 200, in particular for carrying out temperature tests, which has, for example, a thermally insulated test chamber 210 in which a test object 212 is arranged, which cold , in particular low temperatures below a temperature of about 223 K is to be exposed.
  • a gaseous medium 214 is arranged in the test chamber 210 , which medium surrounds the test object 12 and is circulated, for example, by means of a blower unit 216 .
  • the gaseous medium 214 is cooled in order to reach the low temperatures by the first heat exchanger 30, which is circulated in particular in the refrigerant circuit 10 'and compressed by the compressor 12 refrigerant in the same way and with the same operating conditions, as explained in connection with Fig. 1, is operated and in particular the heat exchanger is designed and operated according to one of the preceding exemplary embodiments.
  • the heat exchanger 18 is divided into two, namely comprising a heat exchanger 18a, in which the refrigerant compressed by the compressor 12 is first cooled by ambient air in order to release the heat flow 22a, and subsequently comprising the heat exchanger 18b, which is not through a whole Refrigeration system 220 explained in more detail is cooled in order to absorb the heat flow 220b and to liquefy the refrigerant.
  • a supply line to a second heat exchanger 230 branches off from the refrigeration circuit downstream of heat exchanger 18b, in which a control valve 232 is arranged, which controls an inflow of the refrigerant to the second heat exchanger 230, with a return flow from the heat exchanger 230 to the suction connection 14 of the refrigerant compressor has a non-return valve 234 .
  • the second heat exchanger 230 is operated at a higher pressure level, so that when the heat flow 228 is absorbed from the medium 214 in the test chamber 210, there is no sublimation of the refrigerant, but conventional evaporation thereof.
  • a controller 250 controls the inflow of refrigerant from refrigerant circuit 10 via control valve 24 and control valve 232 so that, depending on the required temperature of medium 214, either second heat exchanger 230, for example at temperatures above 220 K, or first heat exchanger 30, for example at temperatures below 220 K, is used.
  • test chamber 10 is also assigned a heater 214 which allows the test chamber 210 and thus the test object 212 to also be heated if necessary in order to implement temperature cycles for testing the test object 212 .
  • the controller 250 preferably also controls the heating 240 in such a way that there is the possibility of exposing the medium 214 and also the object 212 to predetermined temperature cycles.
  • another solution provides for the heat exchangers 30 and 230 to interact with a test medium that is liquid, for example a brine, or gaseous or a phase-changing medium, in that this medium flows through the heat exchangers 30, 230 and the heater 214 and to it the test object 212 is guided.
  • a test medium that is liquid, for example a brine, or gaseous or a phase-changing medium, in that this medium flows through the heat exchangers 30, 230 and the heater 214 and to it the test object 212 is guided.

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Abstract

The invention relates to a heat exchanger, comprising: - a refrigerant distributor located at the input side of the heat exchanger; - at least one nozzle element which extends from the refrigerant distributor and delimits a mass flow of the refrigerant; - at least one heat exchanger channel which is attached to the at least one nozzle element and extends in a heat exchanger body; and - a refrigerant collector, which is attached to the at least one heat exchanger channel on the side thereof that is opposite the nozzle element, and which is located at the output side of the heat exchanger.

Description

WÄRMEÜBERTRAGER UND KÄLTEMITTELKREISLAUF HEAT EXCHANGER AND REFRIGERANT CIRCUIT
Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager zur Erzeugung von Temperaturen unterhalb einer Temperatur von ungefähr 223 K liegt. The invention relates to a heat exchanger for generating temperatures below a temperature of approximately 223 K.
Im Zusammenhang mit dieser Anmeldung ist die Angabe: eine Temperatur von ungefähr 223 K eine Temperatur im Bereich von 220 K bis 230 K, vorzugsweise 220 K bis 225 K zu verstehen. In connection with this application, the statement: a temperature of approximately 223 K is to be understood as a temperature in the range from 220 K to 230 K, preferably 220 K to 225 K.
Um hierzu ein Kältemittel - insbesondere Kohlendioxid - einsetzen zu können, das bei diesen Temperaturen zur Ausbildung einer festen Phase neigt, welche dann durch Sublimation in die gasförmige Phase übergeht, besteht das Problem, dass durch die sich ausbildende feste Phase Verstopfungen im Wärmeübertrager auftreten können. In order to be able to use a refrigerant - in particular carbon dioxide - which tends to form a solid phase at these temperatures, which then converts to the gaseous phase by sublimation, there is the problem that blockages can occur in the heat exchanger due to the solid phase that forms.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Wärmeübertrager zu schaffen, bei dem Probleme durch sublimierendes Kältemittel möglichst vermieden werden. The invention is therefore based on the object of creating a heat exchanger in which problems caused by sublimating refrigerants are avoided as far as possible.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Wärmeübertrager gelöst, weicher einen eingangsseitig des Wärmeübertragers angeordneten Kältemittelverteiler, mindestens ein von dem Kältemittelverteiler ausgehend verlaufendes, einen Massenstrom des Kältemittels begrenzendes Düsenelement, mindestens einen sich an das mindestens eine Düsenelement anschließenden Wärmeübertragerkanal, der seinerseits in einem Wärmeübertragerkörper verläuft, und einen sich an dem mindestens einen Wärmeübertragerkanal auf dessen dem Düsenelement gegenüberliegenden Seite anschließenden ausgangsseitig des Wärmeübertragers angeordneten Kältemittelsammler aufweist. Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist darin zu sehen, dass für die Ausbildung einer festen Phase des Kältemittels erforderliche die Massenstrombegrenzung durch das Düsenelement unmittelbar vor Eintritt in den Wärmeübertragerkanal erfolgt, so dass dadurch die Möglichkeit besteht, die Ausbildung der festen Phase des Kältemittels möglichst vor Eintritt in den Wärmeübertragerkanal zu vermeiden und dann in dem Wärmeübertragerkanal, aufgrund der auf das Düsenelement folgenden Expansion, im Wesentlichen erst eine Ausbildung von fester und gasförmiger Phase erfolgen zu lassen, wobei die feste Phase und die gasförmige Phase des Kältemittels im Verlauf des Wärmeübertragerkanals durch Sublimation Wärme aufnehmen. According to the invention, this object is achieved by a heat exchanger which has a refrigerant distributor arranged on the inlet side of the heat exchanger, at least one nozzle element running from the refrigerant distributor and limiting a mass flow of the refrigerant, at least one heat exchanger channel which is connected to the at least one nozzle element and which in turn runs in a heat exchanger body, and a refrigerant collector arranged on the output side of the heat exchanger and adjoining the at least one heat exchanger channel on its side opposite the nozzle element. The advantage of the solution according to the invention can be seen in the fact that the mass flow limitation required for the formation of a solid phase of the refrigerant takes place through the nozzle element immediately before entry into the heat exchanger channel, so that there is the possibility of the formation of the solid phase of the refrigerant as possible before entry into the heat exchanger channel and then in the heat exchanger channel, due to the expansion following the nozzle element, essentially only allowing a formation of solid and gaseous phases to take place, with the solid phase and the gaseous phase of the refrigerant in the course of the heat exchanger channel through sublimation of heat record, tape.
Somit lässt sich mit der erfindungsgemäßen Lösung sowohl im Kältemittelverteiler als auch in dem Düsenelement im Wesentlichen die Ausbildung einer festen Phase und somit das Problem von Verstopfungen durch die Ausbildung der festen Phase des Kältemittels vermeiden. Thus, with the solution according to the invention, the formation of a solid phase and thus the problem of blockages due to the formation of the solid phase of the refrigerant can essentially be avoided both in the refrigerant distributor and in the nozzle element.
Insbesondere ist bei einer vorteilhaften Lösung vorgesehen, dass das den Massenstrom des Kältemittels begrenzende Düsenelement eine Querschnittsfläche aufweist, die bezogen auf einen von diesem mit Kältemittel versorgten nachfolgenden Wärmeübertragerkanal, maximal 0,05 mm2 oder weniger, besser maximal 0,01 mm2 oder weniger, und noch besser maximal 0,005 mm2 oder weniger beträgt. In particular, one advantageous solution provides that the nozzle element limiting the mass flow of the refrigerant has a cross-sectional area which, in relation to a subsequent heat exchanger channel supplied with refrigerant, is at most 0.05 mm 2 or less, preferably at most 0.01 mm 2 or less , and more preferably at most 0.005 mm 2 or less.
Führen mehrere Düsenelemente Kältemittel zu einem Wärmeübertragerkanal so sind die maximalen Querschnittsflächen um einen der Zahl der Düsenelemente entsprechenden Faktor noch kleiner auszubilden. If several nozzle elements carry refrigerant to a heat exchanger channel, the maximum cross-sectional areas should be made even smaller by a factor corresponding to the number of nozzle elements.
Führt ein Düsenelement Kältemittel zu mehreren Wärmeübertragerkanälen, so sind die maximalen Querschnittsflächen um einen der Zahl der Wärmeübertragerkanäle entsprechenden Faktor zu erhöhen. Vorzugsweise ist hinsichtlich Ausbildung der Wärmeübertragerkanäle vorgesehen, dass diese eine Querschnittsfläche von weniger als 8 mm2, besser 4 mm2 und noch besser 1,5 mm2 aufweisen, um insbesondere bei dem sublimierenden Kältemittel eine optimale Wärmeübertragung zu erhalten. If a nozzle element leads refrigerant to several heat exchanger channels, the maximum cross-sectional areas must be increased by a factor corresponding to the number of heat exchanger channels. With regard to the design of the heat exchanger channels, it is preferably provided that they have a cross-sectional area of less than 8 mm 2 , preferably 4 mm 2 and even better 1.5 mm 2 in order to obtain optimum heat transfer, particularly with the sublimating refrigerant.
Als Kältemittel ist prinzipiell jedes sublimierende Kältemittel denkbar. Insbesondere ist als Kältemittel im Rahmen dieser Erfindung Kohlendioxid vorgesehen, dem gegebenenfalls noch Additive, beispielsweise Kohlenwasserstoffe zugegeben werden können. In principle, any sublimating refrigerant is conceivable as the refrigerant. In particular, carbon dioxide is provided as a refrigerant within the scope of this invention, to which additives, for example hydrocarbons, can also be added if necessary.
Hinsichtlich der Ausbildung des Wärmeübertragerkörpers wurden bislang keine näheren Angaben gemacht. With regard to the design of the heat exchanger body, no further details have so far been given.
So sieht eine vorteilhafte Lösung vor, dass der Wärmeübertragerkörper den mindestens einen Wärmeübertragerkanal umfangseitig umschließend ausgebildet ist. An advantageous solution provides that the heat exchanger body is designed to enclose the at least one heat exchanger channel on the peripheral side.
Im einfachsten Fall ist dabei der Wärmeübertragerkörper als Rohrkörper ausgebildet. In the simplest case, the heat exchanger body is designed as a tubular body.
Beispielsweise kann in dem Wärmeübertragerkörper ein Wärmeübertragerkanal verlaufen. For example, a heat exchanger channel can run in the heat exchanger body.
Eine andere Möglichkeit sieht vor, dass in dem Wärmeübertragerkörper eine Vielzahl von Wärmeübertragerkanälen verläuft. Another possibility provides for a multiplicity of heat exchanger channels to run in the heat exchanger body.
Um zu erreichen, dass auch in den Wärmeübertragerkanälen ein möglichst guter Wärmeübergang auf die feste Phase des Kältemittels erfolgt, ist vorzugsweise vorgesehen, dass der mindestens eine Wärmeübertragerkanal mindestens einen Strömungsumlenkbereich aufweist. Ein derartiger Strömungsumlenkbereich dient dazu, das Absetzen der festen Phase des Kältemittels in dem Wärmeübertragerkanal durch Änderung oder Variation der Strömungsverhältnisse, beispielsweise durch Erzeugung von Turbulenzen, zu verhindern. In order to achieve the best possible heat transfer to the solid phase of the refrigerant also in the heat exchanger channels, it is preferably provided that the at least one heat exchanger channel has at least one flow deflection area. Such a flow deflection area serves to prevent the solid phase of the refrigerant from settling in the heat exchanger channel by changing or varying the flow conditions, for example by generating turbulence.
Zweckmäßigerweise ist dabei vorgesehen, dass der Strömungsumlenkbereich bezogen auf eine geradlinige Strömungsausbreitungsrichtung eine Strömungsumlenkung mit einem Winkel von mindestens 30° bewirkt. It is expediently provided that the flow deflection area brings about a flow deflection at an angle of at least 30° with respect to a rectilinear direction of flow propagation.
Noch besser ist es, wenn der Strömungsumlenkbereich bezogen auf eine geradlinige Strömungsausbreitung eine Strömungsumlenkung mit einem Winkel von mindestens 40° bewirkt. It is even better if the flow deflection region effects a flow deflection at an angle of at least 40° with respect to a straight flow propagation.
Vorteilhaft ist es, wenn der mindestens eine Wärmeübertragerkanal Strömungsumlenkbereiche aufweist, die in einem Winkel zueinander verlaufende Kanalabschnitte miteinander verbinden. It is advantageous if the at least one heat exchanger channel has flow deflection areas that connect channel sections running at an angle to one another.
Besonders günstig ist es, wenn der mindestens eine Wärmeübertragerkanal mindestens einen gebogen verlaufenden Strömungsumlenkbereich aufweist, da dieser die Möglichkeit schafft, die Strömungsverhältnisse in ausreichend großem Maße zu verändern. It is particularly favorable if the at least one heat exchanger channel has at least one curved flow deflection area, since this makes it possible to change the flow conditions to a sufficiently large extent.
Beispielsweise ist hierbei vorgesehen, dass der mindestens eine gebogen verlaufende Strömungsumlenkbereich einen Krümmungsradius aufweist, der maximal ein 40-faches eines mittleren Durchmessers des Wärmeübertragerkanals beträgt. For example, it is provided here that the at least one curved flow deflection area has a radius of curvature that is at most 40 times the mean diameter of the heat exchanger channel.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn mehrere Strömungsumlenkbereiche in dem jeweiligen Wärmeübertragerkanal aufeinanderfolgend angeordnet sind, so dass permanent die Strömungsverhältnisse geändert werden, um längs des Wärmeübertragerkanals ein Absetzen der festen Phase des Kältemittels zu verhindern. Hinsichtlich der Ausbildung des jeweiligen Wärmeübertragerkanals wurden bislang keine näheren Angaben gemacht. It is particularly advantageous if a plurality of flow deflection areas are arranged one after the other in the respective heat exchanger channel, so that the flow conditions are constantly changed in order to prevent the solid phase of the refrigerant from settling along the heat exchanger channel. With regard to the design of the respective heat exchanger channel, no further details have been given so far.
So sieht eine vorteilhafte Ausführungsform vor, dass der jeweilige Wärmeübertragerkanal sich zwischen einem diesem zugeordneten und vom Wärmeübertragerkörper gebildeten und mit dem Kältemittelverteiler verbundenen ersten Endbereich und einem mit dem Kältemittelsammler verbundenen zweiten Endbereich erstreckt. An advantageous embodiment provides that the respective heat exchanger channel extends between a first end area associated with it and formed by the heat exchanger body and connected to the refrigerant distributor and a second end area connected to the refrigerant collector.
Hinsichtlich der Verbindung des Wärmeübertragerkörpers mit dem Kältemittelverteiler wurden bislang keine näheren Angaben gemacht. With regard to the connection of the heat exchanger body to the refrigerant distributor, no further details have been given so far.
So sieht eine vorteilhafte Lösung vor, dass der erste Endbereich des Wärmeübertragers in den Kältemittelverteiler eingreifend angeordnet ist. An advantageous solution provides that the first end area of the heat exchanger is arranged such that it engages in the coolant distributor.
Dies lässt sich beispielsweise dadurch realisieren, dass der erste Endbereich in eine Aufnahme des Kältemittelverteilers eingreift, wobei die Aufnahme den ersten Endbereich aufnimmt und insbesondere verschließt. This can be realized, for example, by the first end region engaging in a receptacle of the refrigerant distributor, the receptacle receiving and in particular closing the first end region.
Die Aufnahme kann dabei an dem Kältemittelverteiler angeordnet, insbesondere angeformt, sein. In this case, the receptacle can be arranged, in particular formed, on the refrigerant distributor.
Eine besonders vorteilhafte Lösung sieht vor, dass die Aufnahme an einer Wand des Kältemittelvertei lers angeordnet ist und insbesondere durch eine Bearbeitung der Wand in diese eingeformt ist. A particularly advantageous solution provides for the receptacle to be arranged on a wall of the refrigerant distributor and, in particular, to be formed into the wall by machining it.
Zur Verbindung der Aufnahme mit dem Wärmeübertragerkörper sieht eine zweckmäßige Lösung vor, dass die Aufnahme einen Stirnwandbereich des Wärmeübertragerkörpers aufnimmt. In order to connect the receptacle to the heat exchanger body, an expedient solution provides that the receptacle accommodates an end wall area of the heat exchanger body.
Insbesondere ist dabei vorgesehen, dass der Stirnwandbereich des Wärmeübertragerkörpers an einem Boden der Aufnahme ansteht. Ferner ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Aufnahme den Wärmeübertragerkörper im Bereich seiner Außenkontur zumindest in einem Umfangssegment, insbesondere vollständig, umfasst. In particular, it is provided that the end wall area of the heat exchanger body rests against a base of the receptacle. Furthermore, it is preferably provided that the receptacle encompasses the heat exchanger body in the area of its outer contour at least in a peripheral segment, in particular completely.
Hinsichtlich der Anordnung des Düsenelements bei diesem Ausführungsbeispiel wurden ebenfalls keine näheren Angaben gemacht. With regard to the arrangement of the nozzle element in this exemplary embodiment, no further details were given either.
So sieht eine vorteilhafte Lösung vor, dass sich das Düsenelement, insbesondere der Düsenkanal, von einem an den Wärmeübertragerkanal angrenzenden Bereich der Aufnahme zu dem Innenraum des Kältemittelverteilers erstreckt. An advantageous solution provides that the nozzle element, in particular the nozzle channel, extends from a region of the receptacle adjoining the heat exchanger channel to the interior of the refrigerant distributor.
Alternativ zum Vorsehen einer Aufnahme ist bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform vorgesehen, dass sich der erste Endbereich des Wärmeübertragerkörpers bis in einen Innenraum des Kältemittelverteilers erstreckt und insbesondere in diesem angeordnet ist. As an alternative to the provision of a receptacle, it is provided in a further advantageous embodiment that the first end region of the heat exchanger body extends into an interior space of the coolant distributor and is in particular arranged in it.
Insbesondere ist dabei der Wärmeübertragerkanal an dem ersten Endbereich durch eine Verprägung von mindestens einem Wandbereich des Wärmeübertragerkörpers verschlossen, so dass der Wärmeübertragerkanal nicht unmittelbar in den Kältemittelverteiler einmündet, sondern die Zufuhr von Kältemittel aus dem Kältemittelverteiler über das Düsenelement erfolgt. In particular, the heat exchanger channel is closed at the first end area by an embossing of at least one wall area of the heat exchanger body, so that the heat exchanger channel does not open directly into the refrigerant distributor, but instead refrigerant is supplied from the refrigerant distributor via the nozzle element.
Besonders günstig ist es, wenn an dem ersten Endbereich der jeweilige Wärmeübertragerkanal durch eine Verprägung von mindestens einem Wandbereich des Wärmeübertragerkörpers verschlossen ist. It is particularly favorable if the respective heat exchanger channel is closed at the first end area by an embossing of at least one wall area of the heat exchanger body.
Dabei erfolgt die Verprägung zweckmäßigerweise so, dass der durch die Verprägung umgeformte mindestens eine Wandbereich des Wärmeübertragerkörpers innerhalb einer Außenkontur des Wärmeübertragerkörpers liegt, um im Bereich der durch eine derartige Verprägung unveränderten Außenkontur in einfacher Weise eine Verbindung zwischen dem Kältemittelverteiler und dem Wärmeübertragerkörper herstellen zu können. Bei einer Ausführungsform erfolgt die Verprägung des Wandbereichs des Wärmeübertragerkörpers als einseitige Verprägung bei teilweisem Erhalt einer diesem Wandbereich gegenüberliegenden Außenkontur des Wärmeübertragerkörpers. The embossing is expediently carried out in such a way that the at least one wall area of the heat exchanger body deformed by the embossing lies within an outer contour of the heat exchanger body in order to be able to easily establish a connection between the refrigerant distributor and the heat exchanger body in the area of the outer contour that is unchanged by such an embossing. In one embodiment, the embossing of the wall area of the heat exchanger body takes place as a one-sided embossing with partial preservation of an outer contour of the heat exchanger body opposite this wall area.
Bei einer anderen Lösung ist vorgesehen, dass die Verprägung als mehrseitige Verprägung von mehreren Wandbereichen, insbesondere zwei einander gegenüberliegenden Wandbereichen, des Wärmeübertragerkörpers ausgebildet ist. Another solution provides that the embossing is formed as a multi-sided embossing of a plurality of wall areas, in particular two wall areas lying opposite one another, of the heat exchanger body.
Auch bei einer derartigen mehrseitigen Verprägung von Wandbereichen des Wärmeübertragerkörpers ist vorzugsweise vorgesehen, dass diese innerhalb einer Außenkontur des Wärmeübertragerkörpers liegt. Even with such a multi-sided embossing of wall areas of the heat exchanger body, it is preferably provided that this lies within an outer contour of the heat exchanger body.
Hinsichtlich der Ausbildung der Form des Düsenelements wurden bislang keine näheren Angaben gemacht. With regard to the formation of the shape of the nozzle element, no further details have so far been given.
Beispielsweise könnte das Düsenelement als Spalt ausgebildet sein, welcher den Massenstrom des Kältemittels begrenzt. For example, the nozzle element could be designed as a gap which limits the mass flow of the refrigerant.
Eine vorteilhafte Lösung sieht vor, dass das Düsenelement als Düsenkanal ausgebildet ist. An advantageous solution provides that the nozzle element is designed as a nozzle channel.
Prinzipiell könnte das Düsenelement außerhalb des Endbereichs des Wärmeübertragerkanals angeordnet sein. In principle, the nozzle element could be arranged outside of the end area of the heat exchanger channel.
Eine vorteilhafte Lösung sieht vor, dass an dem ersten Endbereich mindestens ein Düsenelement zur Zufuhr von Kältemittel zu dem jeweiligen Wärmeübertragerkanal angeordnet ist, so dass der Endbereich ebenfalls zur Ausbildung des Düsenelements dient. In diesem Fall besteht insbesondere die Möglichkeit, dass das Düsenelement in den Endbereich eingearbeitet ist, beispielsweise kann dies vor oder nach der Verprägung am Endbereich erfolgen. An advantageous solution provides that at least one nozzle element for supplying refrigerant to the respective heat exchanger channel is arranged on the first end area, so that the end area is also used to form the nozzle element. In this case, there is in particular the possibility that the nozzle element is incorporated into the end area, for example this can take place before or after the embossing in the end area.
Vorteilhafterweise lässt sich das Düsenelement durch eine Laserbearbeitung einarbeiten. Advantageously, the nozzle element can be incorporated by laser processing.
Eine andere vorteilhafte Lösung sieht vor, dass das Düsenelement im Bereich eines durch die Verprägung deformierten Wandbereichs angeordnet ist. Another advantageous solution provides that the nozzle element is arranged in the area of a wall area deformed by the embossing.
Eine weitere vorteilhafte Lösung sieht vor, dass das Düsenelement in einen durch die Verprägung gebildeten Stirnwandbereich eingearbeitet ist. A further advantageous solution provides that the nozzle element is incorporated into an end wall area formed by the embossing.
Eine andere vorteilhafte Lösung sieht vor, dass das Düsenelement durch einen Düsenkanalformkörper gebildet ist, gegen welchen das Verprägen des mindestens einen Wandbereichs erfolgt ist, wobei nach Entfernen des Düsenkanalformkörpers nach dem Verprägen der Düsenkanal die vom Düsenkanalformkörper vorgegebene Form aufweist. Another advantageous solution provides that the nozzle element is formed by a nozzle channel shaped body against which the at least one wall area is embossed, with the nozzle channel having the shape specified by the nozzle channel shaped body after the removal of the nozzle channel shaped body after embossing.
Alternativ oder Ergänzend wird die eingangs genannte Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass bei einer weiteren vorteilhaften Lösung vorgesehen ist, dass mehrere Wärmeübertragerkanäle in dem Wärmeübertragerkörper nebeneinander beispielsweise in einer Ebene liegen, in welcher sich der Wärmeübertragerkörper plattenförmig erstreckt. Alternatively or additionally, the object mentioned at the outset is achieved according to the invention in that a further advantageous solution provides for several heat exchanger channels to lie next to one another in the heat exchanger body, for example in a plane in which the heat exchanger body extends in the form of a plate.
Somit lässt sich in einfacher Weise ein Plattenwärmeübertrager herstellen. A plate heat exchanger can thus be produced in a simple manner.
Insbesondere ist dies dadurch möglich, dass mehrere Wärmeübertragerkörper in einer Stapelrichtung übereinanderliegend mit zueinander parallelen Erstreckungsebenen angeordnet sind. Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, dass die mehreren Wärmeübertragerkörper mit einem sich in der Stapelrichtung erstreckenden Kältemittelverteiler verbunden sind. In particular, this is possible in that a plurality of heat exchanger bodies are arranged one above the other in a stacking direction with extension planes parallel to one another. Provision is preferably made here for the plurality of heat exchanger bodies to be connected to a refrigerant distributor which extends in the stacking direction.
Prinzipiell wäre es denkbar, auch bei einem derartigen Wärmeübertragerkörper verschlossene Endbereiche der Wärmeübertragerkanäle herzustellen. In principle, it would be conceivable to also produce closed end regions of the heat exchanger channels in a heat exchanger body of this type.
Besonders vorteilhaft ist es jedoch bei dieser Form des Wärmeübertragers, wenn in einem Wandbereich des Kältemittelverteilers, an welchen mindestens ein Wärmeübertragerkanal des Wärmeübertragerkörpers angrenzt, ein Düsenelement, insbesondere ein Düsenkanal, zur Zufuhr von Kältemittel in den jeweiligen Wärmeübertragerkanal angeordnet ist. However, it is particularly advantageous with this form of heat exchanger if a nozzle element, in particular a nozzle channel, for feeding refrigerant into the respective heat exchanger channel is arranged in a wall region of the refrigerant distributor, which is adjoined by at least one heat exchanger channel of the heat exchanger body.
In diesem Fall ist ferner vorgesehen, dass die Wärmeübertragerkanäle mit ihrem ersten Endbereich an die Düsenelemente anschließen und mit ihrem zweiten Endbereich in den Kältemittelsammler münden. In this case, it is further provided that the heat exchanger channels connect to the nozzle elements with their first end area and open into the refrigerant collector with their second end area.
In diesem Fall ist ebenfalls vorzugsweise vorgesehen, dass sich der Kältemittelsammler in der Stapelrichtung erstreckt. In this case, it is also preferable that the refrigerant collector extends in the stacking direction.
Alternativ oder ergänzend wird die eingangs genannte Aufgabe dadurch gelöst, dass bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wärmeübertragers vorgesehen ist, dass die Wärmeübertragerkanäle zwischen einem einen Kanal für wärmeabgebendes Medium umschließenden Innenkörper und einem den Innenkörper auf seiner dem wärmeabgebenden Medium gegenüberliegenden Seite umschließenden Außenkörper verlaufen und das im Bereich einer ersten Endseite des Innenkörpers und des Außenkörpers der Kältemittelverteiler angeordnet ist und im Bereich einer der ersten Endseite gegenüberliegenden zweiten Endseite des Innenkörpers und des Außenkörpers der Kältemittelsammler angeordnet ist. Insbesondere lassen sich die Düsenelemente, beispielsweise ausgebildet als Düsenkanäle, in einem zwischen dem Innenkörper und dem Außenkörper liegenden Düsenelementträger anordnen, wobei der Düsenelementträger beispielsweise als Verteilring ausgebildet sein kann und wobei jeweils mindestens ein Düsenelement, insbesondere ein Düsenkanal, in einen der Wärmeübertragerkanäle mündet. Alternatively or additionally, the object mentioned at the beginning is achieved in that in a further advantageous embodiment of a heat exchanger according to the invention it is provided that the heat exchanger channels run between an inner body enclosing a channel for heat-emitting medium and an outer body enclosing the inner body on its side opposite the heat-emitting medium and which is arranged in the area of a first end side of the inner body and the outer body of the refrigerant distributor and is arranged in the area of a second end side of the inner body and the outer body of the refrigerant collector opposite the first end side. In particular, the nozzle elements, e.g. designed as nozzle ducts, can be arranged in a nozzle element carrier located between the inner body and the outer body, wherein the nozzle element carrier can be embodied, for example, as a distribution ring and with at least one nozzle element, in particular a nozzle duct, opening into one of the heat exchanger ducts.
Alternativ dazu ist es aber auch bei einem derartigen Wärmeübertrager denkbar, dass ein den Massenstrom des Kältemittels begrenzendes Düsenelement im Kältemittelverteiler angeordnet ist und sämtlichen Wärmeübertragerkanälen Kältemittel zuführt. As an alternative to this, however, it is also conceivable with such a heat exchanger that a nozzle element that limits the mass flow of the refrigerant is arranged in the refrigerant distributor and supplies refrigerant to all of the heat exchanger channels.
Das heißt, dass in diesem Fall das Düsenelement einen ausreichend großen Querschnitt aufweist, so dass dieses massenstrombegrenzend für die Gesamtzahl der Wärmeübertragerkanäle wirken kann. This means that in this case the nozzle element has a sufficiently large cross section so that it can act to limit the mass flow for the total number of heat exchanger channels.
Ein derartiges Düsenelement lässt sich beispielsweise durch einen Ringspalt bilden, wobei der Ringspalt vorzugsweise durch zwei konzentrische, beispielsweise konische, und relativ zueinander einstellbare Flächen zur Einstellung des Ringspalts gebildet wird. Such a nozzle element can be formed, for example, by an annular gap, with the annular gap preferably being formed by two concentric, for example conical, surfaces that can be adjusted relative to one another for setting the annular gap.
Bei allen Ausführungsbeispielen ist vorzugsweise vorgesehen, dass das wärmeabgebende Medium durch den jeweiligen Wärmeübertragerkörper hindurch dem Kältemittel in dem jeweiligen Wärmeübertragerkanal Wärme zuführt. In all of the exemplary embodiments, it is preferably provided that the heat-emitting medium supplies heat to the refrigerant in the respective heat-exchanger channel through the respective heat-exchanger body.
Ferner ist vorzugsweise vorgesehen, dass der mindestens eine Wärmeübertragerkörper in direktem Kontakt mit dem wärmeübertragenden Medium steht, um eine optimale Wärmeleitung zu gewährleisten. Ferner ist zur Vermeidung von Verdampfungsvorgängen im Kältemittelverteiler vorzugsweise vorgesehen, dass der Wärmeübertrager im Bereich des Kältemittelverteilers mit einer insbesondere diesen umschließenden thermischen Isolation versehen ist, so dass das Kältemittel nicht so weit abgekühlt wird, dass es vor Eintritt in das Düsenelement zumindest teilweise in eine feste Phase übergehen kann. Furthermore, it is preferably provided that the at least one heat exchanger body is in direct contact with the heat-exchanging medium in order to ensure optimal heat conduction. Furthermore, to avoid evaporation processes in the refrigerant distributor, it is preferably provided that the heat exchanger in the area of the refrigerant distributor is provided with thermal insulation that encloses it in particular, so that the refrigerant is not cooled to such an extent that it is at least partially converted into a solid before it enters the nozzle element phase can pass.
Darüber hinaus betrifft die Erfindung einen Kältemittelkreislauf, umfassend einen Kältemittelverdichter, einen dem verdichteten Kältemittel Wärme entziehenden Wärmeübertrager und einen mit dem verdichteten Kältemittel gespeisten wärmeaufnehmenden Wärmeübertrager, der gemäß einem der voranstehenden Merkmale ausgebildet ist. In addition, the invention relates to a refrigerant circuit, comprising a refrigerant compressor, a heat exchanger extracting heat from the compressed refrigerant and a heat-absorbing heat exchanger fed with the compressed refrigerant, which heat exchanger is designed according to one of the preceding features.
Des Weiteren ist in diesem Fall vorzugsweise vorgesehen, dass das in dem Kältemittelkreislauf beim Betrieb desselben dem Kältemittelverteiler zugeführte Kältemittel einen über einem Tripelpunkt des Kältemittels liegenden Druck aufweist und mit diesem in den Kältemittelverteiler eintritt. Furthermore, it is preferably provided in this case that the refrigerant supplied to the refrigerant distributor in the refrigerant circuit during operation thereof has a pressure above a triple point of the refrigerant and enters the refrigerant distributor with this pressure.
Ferner ist bei einem derartigen Kältemittelkreislauf vorgesehen, dass beim Betrieb desselben in den Wärmeübertragerkanälen ein Druck des Kältemittels vorliegt, welcher unterhalb des Tripelpunkts des Kältemittels liegt und dass der Kältemittelsammler mit einer Saugseite des Kältemittelverdichters verbunden ist und von dem Kältemittelverdichter auf diesem Druck gehalten wird. Furthermore, in such a refrigerant circuit, it is provided that when it is in operation, the pressure of the refrigerant in the heat exchanger channels is below the triple point of the refrigerant and that the refrigerant collector is connected to a suction side of the refrigerant compressor and is kept at this pressure by the refrigerant compressor.
Ferner ist vorzugsweise bei dem Betrieb des erfindungsgemäßen Kältemittelkreislauf vorgesehen, dass eine Zufuhr von Kältemittel in den Kältemittelverteiler in einem überkritischen Zustand desselben erfolgt. Furthermore, it is preferably provided during the operation of the refrigerant circuit according to the invention that refrigerant is fed into the refrigerant distributor in a supercritical state of the latter.
Alternativ dazu ist es aber auch denkbar, dass beim Betrieb des Kältemittelkreislaufs eine Zufuhr von Kältemittel mit einer flüssigen und einer gasförmigen Phase in den Kältemittelverteiler erfolgt. Eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung sieht vor, dass beim Betrieb des Kältemittelkreislaufs eine Zufuhr von Kältemittel in der flüssigen Phase in den Kältemittelverteiler erfolgt. As an alternative to this, however, it is also conceivable that, during operation of the refrigerant circuit, refrigerant with a liquid phase and a gaseous phase is supplied to the refrigerant distributor. A further embodiment of the solution according to the invention provides that when the refrigerant circuit is in operation, refrigerant in the liquid phase is supplied to the refrigerant distributor.
Um mit dem erfindungsgemäßen wärmeaufnehmenden Wärmeübertrager möglichst tiefe Temperaturen zu erreichen, ist bei dem erfindungsgemäßen Kältemittelkreislauf vorgesehen, dass beim Betrieb des Kältemittelkreislaufs das Kältemittel in den Wärmeübertragerkanälen bei einem einem Druck unterhalb dem Druck des Tripelpunkts des Kältemittels entsprechenden Druck vorliegt. In order to achieve the lowest possible temperatures with the heat-absorbing heat exchanger according to the invention, the refrigerant circuit according to the invention provides for the refrigerant in the heat exchanger channels to be present at a pressure below the pressure of the triple point of the refrigerant during operation of the refrigerant circuit.
Ein derartiger Druck hat zur Folge, dass ein Teil des Kältemittels in die feste Phase und ein anderer Teil des Kältemittels in die Gasphase übergeht und dass das in der festen Phase vorliegende Kältemittel dann durch Sublimation seinerseits ebenfalls in die Gasphase übergeht. Such a pressure has the consequence that part of the refrigerant changes into the solid phase and another part of the refrigerant into the gas phase and that the refrigerant present in the solid phase then also changes into the gas phase by sublimation.
Hinsichtlich des Düsenelements wurden im Zusammenhang mit der bisherigen Beschreibung ebenfalls keine weiteren Angaben gemacht. With regard to the nozzle element, no further details have been given in connection with the previous description either.
Insbesondere ist es dabei vorteilhaft, wenn das Düsenelement derart dimensioniert ist, dass in diesem beim Betrieb des Kältemittelkreislaufs im Wesentlichen keine Expansion des Kältemittels auf einen Druck unterhalb des Tripelpunkts desselben erfolgt, so dass erst in den Wärmeübertragerkanälen das Kältemittel die Möglichkeit hat, in die feste Phase überzugehen und dann zu sublimieren. In particular, it is advantageous if the nozzle element is dimensioned in such a way that there is essentially no expansion of the refrigerant to a pressure below the triple point of the same during operation of the refrigerant circuit, so that the refrigerant only has the opportunity in the heat exchanger channels to get into the solid To pass phase and then to sublimate.
Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Temperaturprüfanlage, bei welcher ein Kältemittelkreislauf nach einem der voranstehenden Merkmale vorgesehen ist und bei welchem der wärmeaufnehmende Wärmeübertrager mit einem auf ein Prüfobjekt wirkenden Medium zusammenwirkt, das beispielsweise in einer Prüfkammer der Prüfanlage angeordnet ist, so dass sich in der Prüfkammer die gewünschten tiefen Temperaturen erzeugen lassen. Bei einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Temperaturprüfanlage ist vorzugsweise vorgesehen, dass der Kältemittelkreislauf einem zweiten Wärmeübertrager verdichtetes Kältemittel zuführt, in welchem dieses bei einem Druck verdampft, welcher über dem Druck des Tripelpunkts des Kältemittels liegt. Furthermore, the invention relates to a temperature testing system, in which a refrigerant circuit is provided according to one of the above features and in which the heat-absorbing heat exchanger interacts with a medium acting on a test object, which is arranged, for example, in a test chamber of the testing system, so that in the test chamber allow the desired low temperatures to be generated. In a further embodiment of the temperature testing system according to the invention, it is preferably provided that the refrigerant circuit supplies compressed refrigerant to a second heat exchanger, in which it evaporates at a pressure which is above the pressure of the triple point of the refrigerant.
Ein derartiger zweiter Wärmeübertrager bietet den Vorteil, dass sich mit diesem zunächst aufgrund seiner höheren Effizienz eine Abkühlung des Mediums in der Prüfkammer und somit auch des Prüfobjekts erreichen lässt, und erst dann, wenn Temperaturen unter ungefähr 223° K erforderlich sind, der erste Wärmeübertrager zum Einsatz kommt. Such a second heat exchanger offers the advantage that, due to its higher efficiency, the medium in the test chamber and thus also the test object can initially be cooled with it, and only then when temperatures below approximately 223° K are required, the first heat exchanger for use comes.
Damit lässt sich die erfindungsgemäße Temperaturprüfanlage mit verbesserter Effizienz betreiben. The temperature testing system according to the invention can thus be operated with improved efficiency.
Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines Kältemittelkreislaufs sowie einer Temperaturprüfanlage. In addition, the invention relates to a method for operating a refrigerant circuit and a temperature testing system.
Die vorstehende Beschreibung erfindungsgemäßer Lösungen umfasst somit insbesondere die durch die nachfolgenden durchnummerierten Ausführungsformen definierten verschiedenen Merkmalskombinationen: The above description of solutions according to the invention thus includes in particular the various feature combinations defined by the following numbered embodiments:
1. Wärmeübertrager (30), umfassend einen eingangsseitig des Wärmeübertragers angeordneten Kältemittelverteiler, mindestens ein von dem Kältemittelverteiler (32) ausgehend verlaufendes einen Massenstrom des Kältemittels begrenzendes Düsenelement (34, 146), mindestens einen sich an das mindestens eine Düsenelement (34, 146) anschließenden Wärmeübertragerkanal (36), der seinerseits in einem Wärmeübertragerkörper (40) verläuft, und einen sich an den mindestens einen Wärmeübertragerkanal (36) auf dessen dem Düsenelement (34, 146) gegenüberliegender Seite anschließenden ausgangsseitig des Wärmeübertragers (30) angeordneten Kältemittelsammler (38). 2. Wärmeübertrager nach Ausführungsform 1, wobei der Wärmeübertragerkörper (40) den mindestens einen Wärmeübertragerkanal (36) umfangsseitig umschließend ausgebildet ist. 1. Heat exchanger (30), comprising a refrigerant distributor arranged on the inlet side of the heat exchanger, at least one nozzle element (34, 146) running from the refrigerant distributor (32) and limiting a mass flow of the refrigerant, at least one nozzle element (34, 146) attached to the at least one nozzle element adjoining heat exchanger channel (36), which in turn runs in a heat exchanger body (40), and a refrigerant collector (38) arranged on the outlet side of the heat exchanger (30) and adjoining the at least one heat exchanger channel (36) on its side opposite the nozzle element (34, 146) . 2. Heat exchanger according to embodiment 1, wherein the heat exchanger body (40) is designed to enclose the at least one heat exchanger channel (36) on the peripheral side.
3. Wärmeübertrager nach Ausführungsform 1 oder 2, wobei der Wärmeübertragerkörper (40) als Rohrkörper (50) ausgebildet ist. 3. Heat exchanger according to embodiment 1 or 2, wherein the heat exchanger body (40) is designed as a tubular body (50).
4. Wärmeübertrager nach einer der voranstehenden Ausführungsformen, wobei in dem Wärmeübertragerkörper (40) ein Wärmeübertragerkanal (36) verläuft. 4. Heat exchanger according to one of the preceding embodiments, wherein a heat exchanger channel (36) runs in the heat exchanger body (40).
5. Wärmeübertrager nach einer der Ausführungsformen 1 bis 3, wobei in dem Wärmeübertragerkörper (40) eine Vielzahl von Wärmeübertragerkanälen (36) verläuft. 5. Heat exchanger according to one of embodiments 1 to 3, wherein a plurality of heat exchanger channels (36) runs in the heat exchanger body (40).
6. Wärmeübertrager nach einer der voranstehenden Ausführungsformen, wobei der mindestens eine Wärmeübertragerkanal (36) mindestens einen Strömungsumlenkbereich (92) aufweist. 6. Heat exchanger according to one of the preceding embodiments, wherein the at least one heat exchanger channel (36) has at least one flow deflection area (92).
7. Wärmeübertrager nach Ausführungsform 6, wobei jeder Strömungsumlenkbereich (92) bezogen auf eine geradlinige Strömungsausbreitungsrichtung eine Strömungsumlenkung mit einem Winkel von mindestens 20° bewirkt. 7. The heat exchanger according to embodiment 6, wherein each flow deflection area (92) effects a flow deflection at an angle of at least 20° with respect to a rectilinear direction of flow propagation.
8. Wärmeübertrager nach Ausführungsform 7, wobei der jeweilige Strömungsumlenkbereich (92) bezogen auf eine geradlinige Strömungsausbreitungsrichtung eine Strömungsumlenkung mit einem Winkel von mindestens 40° bewirkt. 8. The heat exchanger according to embodiment 7, wherein the respective flow deflection region (92) brings about a flow deflection at an angle of at least 40° with respect to a rectilinear direction of flow propagation.
9. Wärmeübertrager nach einer der Ausführungsformen 6 bis 8, wobei der mindestens eine Wärmeübertragerkanal (36) Strömungsumlenkbereiche (92) aufweist, die in einem Winkel zueinander verlaufende Kanalabschnitte (94) miteinander verbinden. 10. Wärmeübertrager nach einer der Ausführungsformen 6 bis 9, wobei der mindestens eine Wärmeübertragerkanal (36) mindestens einen gebogen verlaufenden Strömungsumlenkbereich (92') aufweist. 9. Heat exchanger according to one of the embodiments 6 to 8, wherein the at least one heat exchanger channel (36) has flow deflection areas (92) which connect channel sections (94) running at an angle to one another. 10. Heat exchanger according to one of embodiments 6 to 9, wherein the at least one heat exchanger channel (36) has at least one flow deflection area (92') running in a curved manner.
11. Wärmeübertrager nach Ausführungsform 10, wobei der mindestens eine gebogen verlaufende Strömungsumlenkbereich (92') einen Krümmungsradius (R.) aufweist, der maximal ein 40-faches eines mittleren Durchmessers des Wärmeübertragerkanals (36) beträgt. 11. The heat exchanger according to embodiment 10, wherein the at least one curved flow deflection area (92') has a radius of curvature (R.) which is at most 40 times an average diameter of the heat exchanger channel (36).
12. Wärmeübertrager nach Ausführungsform 10 oder 11, wobei mehrere Strömungsumlenkbereiche (92) in dem jeweiligen Wärmeübertragerkanal (36) aufeinanderfolgend angeordnet sind. 12. Heat exchanger according to embodiment 10 or 11, wherein several flow deflection areas (92) are arranged in succession in the respective heat exchanger channel (36).
13. Wärmeübertrager nach einer der voranstehenden Ausführungsformen, wobei der jeweilige Wärmeübertragerkanal (36) sich zwischen einem diesen zugeordneten und vom Wärmeübertragerkörper (40) gebildeten und mit dem Kältemittelverteiler (32) verbundenen ersten Endbereich (42) und einem mit dem Kältemittelsammler (38) verbundenen zweiten Endbereich (44) erstreckt. 13. The heat exchanger according to one of the preceding embodiments, wherein the respective heat exchanger channel (36) is connected between a first end region (42) assigned to it and formed by the heat exchanger body (40) and connected to the coolant distributor (32) and a first end region (42) connected to the coolant collector (38). second end region (44).
14. Wärmeübertrager nach Ausführungsform 13, wobei der erste Endbereich (42) des Wärmeübertragerkörpers (40) in den Kältemittelverteiler (32) eingreifend angeordnet ist. 14. The heat exchanger according to embodiment 13, wherein the first end region (42) of the heat exchanger body (40) is arranged such that it engages in the coolant distributor (32).
15. Wärmeübertrager nach Ausführungsform 13 oder 14, wobei der erste Endbereich (42) in eine Aufnahme (35) des Kältemittelverteilers (32) eingreift. 15. Heat exchanger according to embodiment 13 or 14, wherein the first end region (42) engages in a receptacle (35) of the coolant distributor (32).
16. Wärmeübertrager nach Ausführungsform 15, wobei die Aufnahme (35) an einer Wand (33) des Kältemittel Verteilers (32) angeordnet ist. 16. Heat exchanger according to embodiment 15, wherein the receptacle (35) is arranged on a wall (33) of the refrigerant distributor (32).
17. Wärmeübertrager nach Ausführungsform 15 oder 16, wobei die Aufnahme (35) einen Stirnwandbereich (64) des Wärmeübertragerkörpers (40) aufnimmt. 18. Wärmeübertrager nach einer der Ausführungsformen 15 bis 17, wobei die Aufnahme (35) den Wärmeübertragerkörper (40) im Bereich seiner Außenkontur (52) zumindest im Bereich eines Umfangssegments umfasst. 17. Heat exchanger according to embodiment 15 or 16, wherein the receptacle (35) accommodates an end wall area (64) of the heat exchanger body (40). 18. Heat exchanger according to one of embodiments 15 to 17, wherein the receptacle (35) encompasses the heat exchanger body (40) in the area of its outer contour (52) at least in the area of a peripheral segment.
19. Wärmeübertrager nach einer der Ausführungsformen 15 bis 18, wobei sich das Düsenelement (34) von einem an den Wärmeübertragerkanal (36) angrenzenden Bereich der Aufnahme (35) bis zu dem Innenraum (46) des Kältemittelverteilers (32) erstreckt. 19. Heat exchanger according to one of embodiments 15 to 18, wherein the nozzle element (34) extends from an area of the receptacle (35) adjoining the heat exchanger channel (36) to the interior (46) of the refrigerant distributor (32).
20. Wärmeübertrager nach einer der voranstehenden Ausführungsformen, wobei sich der erste Endbereich (42) des Wärmeübertragerkörpers (40) bis in einen Innenraum (46) des Kältemittelverteilers (32) erstreckt. 20. Heat exchanger according to one of the preceding embodiments, wherein the first end region (42) of the heat exchanger body (40) extends into an interior space (46) of the refrigerant distributor (32).
21. Wärmeübertrager nach Ausführungsform 20, wobei an dem ersten Endbereich der jeweilige Wärmeübertragerkanal (36) durch eine Verprägung von mindestens einem Wandbereich (56) des Wärmeübertragerkörpers (40) verschlossen ist. 21. Heat exchanger according to embodiment 20, wherein the respective heat exchanger channel (36) is closed at the first end area by an embossing of at least one wall area (56) of the heat exchanger body (40).
22. Wärmeübertrager nach Ausführungsform 21, wobei der durch die Verprägung umgeformte mindestens eine Wandbereich (56) des Wärmeübertragerkörpers (40) innerhalb einer Außenkontur (52) des Wärmeübertragerkörpers (50) liegt. 22. Heat exchanger according to embodiment 21, wherein the at least one wall area (56) of the heat exchanger body (40) formed by the embossing lies within an outer contour (52) of the heat exchanger body (50).
23. Wärmeübertrager nach Ausführungsform 21 oder 22, wobei die Verprägung des Wandbereichs (56) des Wärmeübertragerkörpers (40) als einseitige Verprägung bei teilweisem Erhalt einer diesem gegenüberliegenden Außenkontur (52) des Wärmeübertragerkörpers (50) ausgebildet ist. 23. Heat exchanger according to embodiment 21 or 22, wherein the embossing of the wall area (56) of the heat exchanger body (40) is designed as a one-sided embossing with partial preservation of an opposite outer contour (52) of the heat exchanger body (50).
24. Wärmeübertrager nach einer der Ausführungsformen 21 bis 23, wobei die Verprägung als mehrseitige Verprägung von Wandbereichen (56a, 56b) des Wärmeübertragerkörpers (50') ausgebildet ist. 25. Wärmeübertrager nach einer der voranstehenden Ausführungsformen, wobei das Düsenelement als Düsenkanal (34) ausgebildet ist. 24. Heat exchanger according to one of embodiments 21 to 23, wherein the embossing is designed as a multi-sided embossing of wall regions (56a, 56b) of the heat exchanger body (50'). 25. Heat exchanger according to one of the preceding embodiments, wherein the nozzle element is designed as a nozzle channel (34).
26. Wärmeübertrager nach einer der Ausführungsformen 19 bis 25, wobei an dem ersten Endbereich (42) mindestens ein Düsenelement (40, 146) zur Zufuhr von Kältemittel zu dem jeweiligen Wärmeübertragerkanals (36) angeordnet ist. 26. Heat exchanger according to one of embodiments 19 to 25, wherein at least one nozzle element (40, 146) for supplying refrigerant to the respective heat exchanger channel (36) is arranged on the first end region (42).
27. Wärmeübertrager nach Ausführungsform 26, wobei das Düsenelement (34) in den Endbereich (42) eingearbeitet ist. 27. Heat exchanger according to embodiment 26, wherein the nozzle element (34) is incorporated into the end area (42).
28. Wärmeübertrager nach einer der Ausführungsformen 21 bis 27, wobei das Düsenelement (34) im Bereich eines durch die Verprägung deformierten Wandbereichs (56, 64) angeordnet ist. 28. Heat exchanger according to one of the embodiments 21 to 27, wherein the nozzle element (34) is arranged in the area of a wall area (56, 64) deformed by the embossing.
29. Wärmeübertrager nach Ausführungsform 28, wobei das Düsenelement (34) in einen durch die Verprägung gebildeten Stirnwandbereich (64) eingearbeitet ist. 29. Heat exchanger according to embodiment 28, wherein the nozzle element (34) is incorporated into an end wall area (64) formed by the embossing.
30. Wärmeübertrager nach Ausführungsform 28, wobei das Düsenelement (34) durch einen Düsenkanalformkörper (72) gebildet ist, gegen welchen das Verprägen des mindestens einen Wandbereichs (56) erfolgt. 30. Heat exchanger according to embodiment 28, wherein the nozzle element (34) is formed by a nozzle channel shaped body (72), against which the embossing of the at least one wall region (56) takes place.
31. Wärmeübertrager nach dem Oberbegriff der Ausführungsform 1 oder nach einer der voranstehenden Ausführungsformen, wobei mehrere Wärmeübertragerkanäle (36) dem Wärmeübertragerkörper (40') nebeneinander in einer Ebene liegen, in welcher sich der Wärmeübertragerkörper (40') plattenförmig erstreckt. 31. Heat exchanger according to the preamble of embodiment 1 or according to one of the preceding embodiments, wherein a plurality of heat exchanger channels (36) lie next to the heat exchanger body (40') in a plane in which the heat exchanger body (40') extends in the form of a plate.
32. Wärmeübertrager nach Ausführungsform 31, wobei mehrere Wärmeübertragerkörper (40') in einer Stapelrichtung (102) übereinanderliegend mit zueinander parallelen Erstreckungsebenen angeordnet sind. 33. Wärmeübertrager nach Ausführungsform 31 oder 32, wobei die mehreren Wärmeübertragerkörper (40') mit einem sich in der Stapelrichtung (102) erstreckenden Kältemittelverteiler (32') verbunden sind. 32. The heat exchanger according to embodiment 31, wherein a plurality of heat exchanger bodies (40') are arranged one above the other in a stacking direction (102) with extension planes parallel to one another. 33. Heat exchanger according to embodiment 31 or 32, wherein the plurality of heat exchanger bodies (40') are connected to a refrigerant distributor (32') extending in the stacking direction (102).
34. Wärmeübertrager nach Ausführungsform 33, wobei in einem Wandbereich des Kältemittelvertei lers (32), an welchen mindestens ein Wärmeübertragerkanal (36) des Wärmeübertragerkörpers (40') angrenzt, ein Düsenelement (34) zur Zufuhr von Kältemittel in den jeweiligen Wärmeübertragerkanal (36) angeordnet ist. 34. Heat exchanger according to embodiment 33, wherein in a wall area of the refrigerant distributor (32), to which at least one heat exchanger channel (36) of the heat exchanger body (40') adjoins, a nozzle element (34) for supplying refrigerant into the respective heat exchanger channel (36) is arranged.
35. Wärmeübertrager nach einer der voranstehenden Ausführungsformen, wobei sich die Wärmeübertragerkanäle (36) mit ihren ersten Endbereichen (42) an die Düsenelemente (34) anschließen und mit ihren zweiten Endbereichen (44') in den Kältemittelsammler (38') münden. 35. Heat exchanger according to one of the preceding embodiments, wherein the heat exchanger channels (36) connect to the nozzle elements (34) with their first end areas (42) and open into the refrigerant collector (38') with their second end areas (44').
36. Wärmeübertrager nach Ausführungsform 35, wobei der Kältemittelsammler (38') sich in der Stapelrichtung (102) erstreckt. 36. The heat exchanger according to embodiment 35, wherein the refrigerant collector (38') extends in the stacking direction (102).
37. Wärmeübertrager nach dem Oberbegriff der Ausführungsform 1 oder nach einer der voranstehenden Ausführungsformen, wobei die Wärmeübertragerkanäle (36) zwischen einem einen Kanal für wärmeabgebendes Medium umschließenden Innenkörper (122) und einem den Innenkörper (122) auf seiner dem wärmeabgebenden Medium gegenüberliegenden Seite umschließenden Außenkörper (124) verlaufen, und dass im Bereich einer ersten Endseite des Innenkörpers (122) und des Außenkörpers (124) der Kältemittelverteiler (32'") angeordnet ist und im Bereich einer der ersten Endseite gegenüberliegenden zweiten Endseite des Innenkörpers (122) und des Außenkörpers (124) der Kältemittelsammler (38'") angeordnet ist. 38. Wärmeübertrager nach Ausführungsform 37, wobei die Düsenelemente (34) in einem zwischen dem Innenkörper (122) und dem Außenkörper (124) liegenden Düsenelementträger (128) angeordnet sind und dass jeweils mindestens ein Düsenelement (34) in einen der Wärmeübertragerkanäle (36) mündet. 37. Heat exchanger according to the preamble of embodiment 1 or according to one of the preceding embodiments, wherein the heat exchanger channels (36) between an inner body (122) enclosing a channel for heat-emitting medium and an outer body enclosing the inner body (122) on its side opposite the heat-emitting medium (124) and that the refrigerant distributor (32'') is arranged in the area of a first end side of the inner body (122) and the outer body (124) and in the area of a second end side of the inner body (122) and the outer body opposite the first end side (124) the coolant collector (38''") is arranged. 38. Heat exchanger according to embodiment 37, wherein the nozzle elements (34) are arranged in a nozzle element carrier (128) located between the inner body (122) and the outer body (124) and that in each case at least one nozzle element (34) is inserted into one of the heat exchanger channels (36) flows.
39. Wärmeübertrager nach Ausführungsform 37, wobei ein den Massenstrom des Kältemittels begrenzendes Düsenelement (146) im Kältemittelverteiler (32"') angeordnet ist und sämtlichen Wärmeübertragerkanälen (36) Kältemittel zuführt. 39. Heat exchanger according to embodiment 37, wherein a nozzle element (146) limiting the mass flow of the refrigerant is arranged in the refrigerant distributor (32″″) and supplies refrigerant to all heat exchanger channels (36).
40. Wärmeübertrager nach einer der voranstehenden Ausführungsformen, wobei ein wärmeabgebendes Medium durch den jeweiligen Wärmeübertragerkörper (40) hindurch dem Kältemittel in dem jeweiligen Wärmeübertragerkanal (36) Wärme zuführt. 40. Heat exchanger according to one of the preceding embodiments, wherein a heat-emitting medium supplies heat to the coolant in the respective heat-exchanger channel (36) through the respective heat-exchanger body (40).
41. Wärmeübertrager nach Ausführungsform 40, wobei der mindestens eine Wärmeübertragerkörper (40) in direktem Kontakt mit dem wärmeübertragenden Medium steht. 41. Heat exchanger according to embodiment 40, wherein the at least one heat exchanger body (40) is in direct contact with the heat-exchanging medium.
42. Wärmeübertrager nach einer der voranstehenden Ausführungsformen, wobei der Wärmeübertrager (30) im Bereich des Kältemittelverteilers (32) mit einer insbesondere diesen umschließenden thermischen Isolation (86) versehen ist. 42. The heat exchanger according to one of the preceding embodiments, wherein the heat exchanger (30) is provided in the area of the refrigerant distributor (32) with thermal insulation (86) enclosing it in particular.
43. Kältemittelkreislauf (10) umfassend einen Kältemittelverdichter (12), einen dem verdichteten Kältemittel Wärme entziehenden Wärmeübertrager (18), und einen mit dem verdichteten Kältemittel gespeisten wärmeaufnehmenden Wärmeübertrager (30), der gemäß einer der voranstehenden Ausführungsformen ausgebildet ist. 44. Kältemittelkreislauf nach Ausführungsform 43, wobei das in dem Kältemittelkreislauf (10) dem Kältemittelverteiler (32) zugeführtes Kältemittel einen über einem Tripelpunkt des Kältemittels liegenden Druck aufweist und mit diesem in den Kältemittelverteiler (32) eintritt. 43. Refrigerant circuit (10) comprising a refrigerant compressor (12), a heat exchanger (18) extracting heat from the compressed refrigerant, and a heat-absorbing heat exchanger (30) fed with the compressed refrigerant, which is designed according to one of the preceding embodiments. 44. Refrigerant circuit according to embodiment 43, wherein the refrigerant supplied to the refrigerant distributor (32) in the refrigerant circuit (10) has a pressure above a triple point of the refrigerant and enters the refrigerant distributor (32) with it.
45. Kältemittelkreislauf nach Ausführungsform 43 oder 44, wobei in den Wärmeübertragerkanälen (36) ein Druck des Kältemittels vorliegt, welcher unterhalb des Tripelpunkt des Kältemittels liegt und dass der Kältemittelsammler (38) mit einer Saugseite (14) des Kältemittelverdichters (12) verbunden ist. 45. Refrigerant circuit according to embodiment 43 or 44, wherein the pressure of the refrigerant in the heat exchanger channels (36) is below the triple point of the refrigerant and the refrigerant collector (38) is connected to a suction side (14) of the refrigerant compressor (12).
46. Kältemittelkreislauf nach Ausführungsform 43 bis 45, wobei in dem Kältemittelkreislauf (10) eine Zufuhr von Kältemittel in den Kältemittelverteiler (32) in einem überkritischen Zustand desselben erfolgt. 46. Refrigerant circuit according to embodiment 43 to 45, wherein in the refrigerant circuit (10), refrigerant is supplied into the refrigerant distributor (32) in a supercritical state thereof.
47. Kältemittelkreislauf nach einer der Ausführungsformen 43 bis 46, wobei in dem Kältemittelkreislauf (10) eine Zufuhr von Kältemittel mit einer flüssigen und einer gasförmigen Phase in den Kältemittelverteiler (32) erfolgt. 47. Refrigerant circuit according to one of the embodiments 43 to 46, wherein in the refrigerant circuit (10) a supply of refrigerant with a liquid and a gaseous phase takes place in the refrigerant distributor (32).
48. Kältemittelkreislauf nach einer der Ausführungsformen 43 bis 47, wobei in dem Kältemittelkreislauf (10) eine Zufuhr von Kältemittel in der flüssigen Phase in den Kältemittelverteiler (32) erfolgt. 48. Refrigerant circuit according to one of the embodiments 43 to 47, wherein in the refrigerant circuit (10) a supply of refrigerant in the liquid phase takes place in the refrigerant distributor (32).
49. Kältemittelkreislauf nach einer der Ausführungsformen 43 bis 48, wobei das Kältemittel in den Wärmeübertragerkanälen (36) bei einem einem Sublimationsdruck des Kältemittels entsprechenden Druck vorliegt. 49. Refrigerant circuit according to one of embodiments 43 to 48, wherein the refrigerant in the heat exchanger channels (36) is at a pressure corresponding to a sublimation pressure of the refrigerant.
50. Kältemittelkreislauf nach einer der Ausführungsformen 43 bis 49, wobei das Düsenelement (34) derart dimensioniert ist, dass in diesem keine Expansion des Kältemittels auf einem Druck unterhalb des Tripelpunkts desselben erfolgt. 51. Temperaturprüfanlage, wobei diese einen Kältemittelkreislauf (10) nach einer der Ausführungsformen 43 bis 50 aufweist, und dass der wärmeaufnehmende erste Wärmeübertrager (30) gemäß einer der Ausführungsformen 1 bis 42 mit einem auf ein Prüfobjekt wirkenden Medium (214), insbesondere angeordnet in einer Prüfkammer (210) zusammenwirkt. 50. Refrigerant circuit according to one of the embodiments 43 to 49, wherein the nozzle element (34) is dimensioned such that there is no expansion of the refrigerant at a pressure below the triple point thereof. 51. Temperature testing system, wherein this has a refrigerant circuit (10) according to one of the embodiments 43 to 50, and that the heat-absorbing first heat exchanger (30) according to one of the embodiments 1 to 42 with a medium (214) acting on a test object, in particular arranged in a test chamber (210).
52. Temperaturprüfanlage nach Ausführungsformen 51, wobei der Kältemittelkreislauf einen zweiten Wärmeübertrager (230) verdichtetes Kältemittel zuführt, in welchem dieses bei einem Druck verdampft, welcher über dem Druck des Tripelpunkts des Kältemittels liegt. 52. Temperature testing system according to embodiment 51, wherein the refrigerant circuit supplies compressed refrigerant to a second heat exchanger (230), in which this refrigerant evaporates at a pressure which is above the pressure of the triple point of the refrigerant.
53. Verfahren zum Betreiben eines Kältemittelkreislaufs (10) umfassend einen Kältemittelverdichter (12), einen dem verdichteten Kältemittel Wärme entziehenden Wärmeübertrager (18) und einen mit dem verdichteten Kältemittels gespeisten wärmeaufnehmenden Wärmeübertrager (30), der gemäß einer der voranstehenden Ausführungsformen ausgebildet ist, wobei in dem Kältemittelkreislauf (10) dem Kältemittelverteiler (32) das Kältemittel bei einem über einem Tripelpunkt des Kältemittels liegenden Druck zugeführt wird. 53. A method for operating a refrigerant circuit (10) comprising a refrigerant compressor (12), a heat exchanger (18) extracting heat from the compressed refrigerant and a heat-absorbing heat exchanger (30) fed with the compressed refrigerant, which is designed according to one of the preceding embodiments, wherein in the refrigerant circuit (10) the refrigerant is supplied to the refrigerant distributor (32) at a pressure above a triple point of the refrigerant.
54. Verfahren nach Ausführungsform 53, wobei in den Wärmeübertragerkanälen (36) ein Druck des Kältemittels aufrecht erhalten wird, welcher unterhalb des Tripelpunkt des Kältemittels liegt. 54. The method according to embodiment 53, wherein a pressure of the refrigerant which is below the triple point of the refrigerant is maintained in the heat exchanger channels (36).
55. Verfahren nach Ausführungsform 53 oder 54, wobei in dem Kältemittelkreislauf (10) das Kältemittel dem Kältemittelverteiler (32) in einem überkritischen Zustand desselben zugeführt wird. 55. The method according to embodiment 53 or 54, wherein in the refrigerant circuit (10), the refrigerant is supplied to the refrigerant distributor (32) in a supercritical state thereof.
56. Verfahren nach einer der Ausführungsformen 53 bis 55, wobei in dem Kältemittelkreislauf (10) das Kältemittel mit einer flüssigen und einer gasförmigen Phase dem Kältemittelverteiler (32) zugeführt wird. 57. Verfahren nach einer der Ausführungsformen 53 bis 56, wobei in dem Kältemittelkreislauf (10) das Kältemittel in der flüssigen Phase dem Kältemittelverteiler (32) zugeführt wird. 56. The method according to any one of embodiments 53 to 55, wherein in the refrigerant circuit (10) the refrigerant is supplied with a liquid and a gaseous phase to the refrigerant distributor (32). 57. The method according to any one of embodiments 53 to 56, wherein in the refrigerant circuit (10) the refrigerant is supplied in the liquid phase to the refrigerant distributor (32).
58. Verfahren nach einer der Ausführungsformen 53 bis 57, wobei das Kältemittel in den Wärmeübertragerkanälen (36) auf einem einem Sublimationsdruck des Kältemittels entsprechenden Druck gehalten wird. 58. The method according to any one of embodiments 53 to 57, wherein the refrigerant in the heat exchanger channels (36) is kept at a pressure corresponding to a sublimation pressure of the refrigerant.
59. Verfahren nach einer der Ausführungsformen 53 bis 58, wobei dem Düsenelement (34) das Kältemittel mit einem derartigen Druck zugeführt und in diesem geführt wird, dass in diesem keine Expansion des Kältemittels auf einem Druck unterhalb des Tripelpunkts desselben erfolgt. 59. The method according to any one of embodiments 53 to 58, wherein the refrigerant is fed to and guided in the nozzle element (34) at such a pressure that there is no expansion of the refrigerant at a pressure below the triple point thereof.
60. Verfahren zum Betreiben einer Temperaturprüfanlage, welche einen Kältemittelkreislauf (10') nach einer der Ausführungsformen 43 bis 50, und einem wärmeaufnehmenden ersten Wärmeübertrager (30) gemäß einer der Ausführungsformen 1 bis 42 aufweist, der mit einem Medium (214), insbesondere in einer Prüfkammer (210) desselben, zusammenwirkt, und bei welchem der Kältemittelkreislauf (10') gemäß einem Verfahren nach einer der Ausführungsformen 53 bis 59 betrieben wird. 60. Method for operating a temperature testing system, which has a refrigerant circuit (10') according to one of the embodiments 43 to 50, and a heat-absorbing first heat exchanger (30) according to one of the embodiments 1 to 42, which is connected to a medium (214), in particular in a test chamber (210) thereof, and in which the refrigerant circuit (10') is operated according to a method according to one of the embodiments 53 to 59.
61. Verfahren zum Betreiben einer Temperaturprüfanlage nach Ausführungsform 60, wobei von dem Kältemittelkreislauf (10') einem zweiten mit dem Medium (214) zusammenwirkenden Wärmeübertrager (230) verdichtetes Kältemittel zugeführt und in diesem bei einem Druck verdampft wird, welcher insbesondere über dem Druck des Tripelpunkts des Kältemittels liegt. 61. Method for operating a temperature testing system according to embodiment 60, wherein compressed refrigerant from the refrigerant circuit (10') is fed to a second heat exchanger (230) that interacts with the medium (214) and is evaporated therein at a pressure which, in particular, is above the pressure of the triple point of the refrigerant.
62. Verfahren nach Ausführungsform 61, wobei entweder der erste Wärmeübertrager (30) oder der zweite Wärmeübertrager (230) mit Kältemittel aus dem Kältemittelkreislauf (10') gespeist werden. 63. Verfahren nach Ausführungsform 62, wobei der erste Wärmeübertrager (30) oder der zweite Wärmeübertrager (230) von einer Steuerung in Abhängigkeit von der Temperatur des Mediums (214) mit Kältemittel gespeist werden. 62. The method according to embodiment 61, wherein either the first heat exchanger (30) or the second heat exchanger (230) is fed with refrigerant from the refrigerant circuit (10'). 63. The method according to embodiment 62, wherein the first heat exchanger (30) or the second heat exchanger (230) are fed with refrigerant by a controller depending on the temperature of the medium (214).
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung sowie der zeichnerischen Darstellung einiger Ausführungsbeispiele. Further features and advantages of the invention are the subject of the following description and the graphic representation of some exemplary embodiments.
In der Zeichnung zeigen: Show in the drawing:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kältemittelkreislaufs; 1 shows a schematic representation of a first embodiment of a refrigerant circuit according to the invention;
Fig. 2 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wärmeübertragers; 2 shows a first exemplary embodiment of a heat exchanger according to the invention;
Fig. 3 eine schematische Darstellung eines ersten Endbereichs eines als Rohrkörper ausgebildeten Wärmeübertragerkörpers, wobei 3 shows a schematic representation of a first end region of a heat exchanger body designed as a tubular body, wherein
Fig. 3a eine Draufsicht auf den Endbereich und Fig. 3a is a plan view of the end portion and
Fig. 3b einen Längsschnitt durch den Endbereich zeigt; Figure 3b shows a longitudinal section through the end portion;
Fig. 4 eine Darstellung eines Verschlusses des Wärmeübertragerkanals des Rohrkörpers in dem ersten Endbereich, wobei 4 shows a representation of a closure of the heat exchanger channel of the tubular body in the first end area, wherein
Fig. 4a eine Draufsicht von vorne; Figure 4a is a front plan view;
Fig. 4b einen Längsschnitt und Fig. 4c die Endform eines durch Verprägung erreichten Verschlusses des Rohrkörpers zeigt; Fig. 4b is a longitudinal section and Fig. 4c shows the final shape of a closure of the tubular body achieved by stamping;
Fig. 5 eine schematische Darstellung ähnlich Fig. 4 einer Herstellung eines Düsenkanals durch Einlegen eines Düsenkanalformkörpers beim Verprägen sowie Entfernen desselben nach dem Verprägen 5 shows a schematic representation similar to FIG. 4 of the production of a nozzle channel by inserting a nozzle channel shaped body during embossing and removing the same after embossing
Fig. 5a die Verprägung mit dem Düsenkanalformkörper in Draufsicht von vorne 5a shows the embossing with the nozzle channel shaped body in a plan view from the front
Fig. 5b die Verprägung mit dem Düsenkanalformkörper im Längsschnitt 5b shows the embossing with the nozzle channel shaped body in longitudinal section
Fig. 5c die Endform des Düsenkanals nach Entfernen des Düsenkanalformkörpers; 5c shows the end shape of the nozzle channel after removal of the nozzle channel shaped body;
Fig. 6 ein Einbringen eines Düsenkanals in einen Stirnwandbereich des durch Verprägen hergestellten Endbereichs 6 an introduction of a nozzle channel into an end wall area of the end area produced by embossing
Fig. 6a die Verprägung in Draufsicht von vorne 6a shows the embossing in a plan view from the front
Fig. 6b die Verprägung im Längsschnitt beim Einarbeiten des Düsenkanals 6b shows the embossing in a longitudinal section when the nozzle channel is incorporated
Fig. 6c den eingearbeiteten Düsenkanal; 6c shows the incorporated nozzle channel;
Fig. 7 einen Verschluss eines Wärmeübertragerkanals durch zweiseitiges Verprägen des Rohrkörpers analog Fig. 4; FIG. 7 shows a closure of a heat exchanger channel by stamping the tubular body on two sides analogously to FIG. 4;
Fig. 8 ein Herstellen eines Düsenkanals durch mehrseitiges Verprägen des Rohrkörpers unter Einsatz eines Düsenkanalformkörpers analog Fig. 5 und Fig. 9 ein Einbringen eines Düsenkanals in einen Stirnwandbereich des verprägten Endbereichs analog Fig. 6; 8 shows the production of a nozzle channel by multi-sided stamping of the tubular body using a nozzle channel shaped body analogous to FIG. 5 and FIG. 9 shows the introduction of a nozzle channel into an end wall area of the embossed end area analogous to FIG. 6;
Fig. 10 einen Längsschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel eines Verschlusses von Wärmeübertragerkanälen im ersten Endbereich eines Wärmeübertragerkörpers; 10 shows a longitudinal section through a second embodiment of a closure of heat exchanger channels in the first end area of a heat exchanger body;
Fig. 11 eine Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Verschlusses von mehreren Wärmeübertragerkanälen des Rohrkörpers in dem ersten Endbereich, 11 shows a representation of a further exemplary embodiment of a closure of a plurality of heat exchanger channels of the tubular body in the first end region,
Fig. 11a eine Draufsicht auf den Endbereich, 11a is a plan view of the end area,
Fig. 11b einen Längsschnitt durch den Endbereich; 11b shows a longitudinal section through the end area;
Fig. 12 eine Darstellung eines Verschlusses der mehreren Wärmeübertragerkanäle durch einseitiges Verprägen analog Fig. 4; FIG. 12 shows a representation of a closure of the multiple heat exchanger channels by embossing on one side analogously to FIG. 4;
Fig. 13 eine schematische Darstellung ähnlich Fig. 12 einer Herstellung eines Düsenkanals mittels eines Düsenkanalformkörpers und Entfernen desselben nach dem Verprägen analog Fig. 5; FIG. 13 shows a schematic representation similar to FIG. 12 of a production of a nozzle channel by means of a nozzle channel shaped body and removal of the same after stamping analogous to FIG. 5;
Fig. 14 ein Einbringen eines Düsenkanals in den Stirnwandbereich des durch Verprägen hergestellten Endbereichs analog Fig. 6; FIG. 14 shows the introduction of a nozzle channel into the end wall area of the end area produced by embossing analogously to FIG. 6;
Fig. 15 einen Verschluss der Wärmeübertragerkanäle durch zweiseitiges Verprägen des Rohrkörpers analog Fig. 7; FIG. 15 shows a closure of the heat exchanger channels by stamping the tubular body on two sides analogously to FIG. 7;
Fig. 16 ein Herstellen eines Düsenkanals durch zweiseitiges Verprägen des Rohrkörpers unter Einsatz eines Düsenkanalformkörpers analog Fig. 8 ; Fig. 17 ein Einbringen eines Düsenkanals in einen Stirnwandbereich des verprägten Endbereichs analog Fig. 9; FIG. 16 shows the production of a nozzle channel by stamping the tubular body on two sides using a nozzle channel shaped body analogous to FIG. 8 ; FIG. 17 an introduction of a nozzle channel into an end wall area of the embossed end area analogously to FIG. 9;
Fig. 18 eine teilweise Seitenansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Wärmeübertragers; 18 shows a partial side view of a further exemplary embodiment of a heat exchanger according to the invention;
Fig. 19 einen Schnitt längs Linie 19-19 in Fig. 18; Figure 19 is a section taken along line 19-19 of Figure 18;
Fig. 20 einen Schnitt ähnlich Fig. 19 durch ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wärmeübertragers; FIG. 20 shows a section similar to FIG. 19 through a further exemplary embodiment of a heat exchanger according to the invention;
Fig. 21 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Wärmeübertragerkanals mit Strömungsumlenkelementen; 21 shows a first exemplary embodiment of a heat exchanger channel with flow deflection elements;
Fig. 22 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Wärmeübertragerkanals mit Strömungsumlenkelementen; 22 shows a second exemplary embodiment of a heat exchanger channel with flow deflection elements;
Fig. 23 ein drittes Ausführungsbeispiel eines Wärmeübertragerkanals mit Strömungsumlenkelementen; 23 shows a third exemplary embodiment of a heat exchanger channel with flow deflection elements;
Fig. 24 ein viertes Ausführungsbeispiel eines Wärmeübertragerkanals mit Strömungsumlenkelementen; 24 shows a fourth exemplary embodiment of a heat exchanger channel with flow deflection elements;
Fig. 25 ein fünftes Ausführungsbeispiel eines Wärmeübertragerkanals mit Strömungsumlenkelementen; 25 shows a fifth exemplary embodiment of a heat exchanger channel with flow deflection elements;
Fig. 26 ein sechstes Ausführungsbeispiel eines Wärmeübertragerkanals mit Strömungsumlenkelementen; 26 shows a sixth exemplary embodiment of a heat exchanger channel with flow deflection elements;
Fig. 27 eine schematische Darstellung eines teilweisen Schnitts längs Linie 27-27 in Fig. 28 durch ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wärmeübertragers, ausgebildet als Plattenwärmeübertrager; Fig. 28 eine Darstellung einer Lage des Plattenwärmeübertragers gemäß Fig. 27; 27 shows a schematic representation of a partial section along line 27-27 in FIG. 28 through a further exemplary embodiment of a heat exchanger according to the invention, designed as a plate heat exchanger; FIG. 28 shows a position of the plate heat exchanger according to FIG. 27;
Fig. 29 eine Darstellung eines Verteilrings mit Düsenkanälen zur Zufuhr von Kältemittel zu den Wärmeübertragerkanälen einer Lage des Platten Wärmeübertragers; 29 shows a representation of a distribution ring with nozzle channels for supplying refrigerant to the heat exchanger channels of a layer of the plate heat exchanger;
Fig. 30 ein Ausführungsbeispiel eines durch alle Lagen des Plattenwärmeübertragers geführten Kältemittelverteilers; 30 shows an exemplary embodiment of a refrigerant distributor which is routed through all layers of the plate heat exchanger;
Fig. 31 eine Explosionsdarstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Wärmeübertragers, ausgebildet als koaxialen Wärmeübertrager; 31 shows an exploded view of a further exemplary embodiment of a heat exchanger according to the invention, designed as a coaxial heat exchanger;
Fig. 32 einen Längsschnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wärmeübertragers, ebenfalls ausgebildet als koaxialen Wärmeübertrager und 32 shows a longitudinal section through a further exemplary embodiment of a heat exchanger according to the invention, also designed as a coaxial heat exchanger and
Fig. 33 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Temperaturprüfanlage. 33 shows a schematic representation of an exemplary embodiment of a temperature testing system.
Ein in Fig. 1 dargestelltes Ausführungsbeispiel eines als Ganzes mit 10 bezeichneten Kältemittelkreislaufs umfasst einen Kältemittelverdichter 12, welcher an einer Saugseite 14 zugeführtes Kältemittel verdichtet und an einer Hochdruckseite 16 abgibt, wobei das auf Hochdruck verdichtete Kältemittel von dem Kältemittelkreislauf 10 einem hochdruckseitigen Wärmeübertrager 18 zugeführt wird, welcher in der Lage ist, dem auf Hochdruck verdichteten Kältemittel Wärme zu entziehen und in Form eines Wärmestroms 22 abzuführen. Das verdichtete und durch Abführen des Wärmestroms 22 gekühlte Kältemittel wird einem Steuerventil 24 zugeführt, welches somit ermöglicht, das nach wie vor unter Druck stehende Kältemittel einem als Ganzes mit 30 bezeichneten Wärmeübertrager zuzuführen, in welchem nach Expansion des Kältemittels eine Wärmeaufnahme, in Fig. 1 gekennzeichnet als Fluidstrom 28, erfolgt. An exemplary embodiment shown in Fig. 1 of a refrigerant circuit designated as a whole by 10 comprises a refrigerant compressor 12, which compresses refrigerant supplied on a suction side 14 and discharges it on a high-pressure side 16, with the refrigerant compressed to high pressure being fed from the refrigerant circuit 10 to a heat exchanger 18 on the high-pressure side , which is capable of extracting heat from the refrigerant compressed to high pressure and dissipating it in the form of a heat flow 22 . The compressed refrigerant, which has been cooled by removing the heat flow 22, is fed to a control valve 24, which thus makes it possible to feed the refrigerant, which is still under pressure, to a heat exchanger, designated as a whole by 30, in which, after expansion of the refrigerant, heat is absorbed, in Fig. 1 identified as fluid stream 28.
Hierzu weist der Wärmeübertrager einen mit dem Steuerventil 24 verbundenen Kältemittelverteiler 32 auf, dem das unter Druck stehende Kältemittel zugeführt wird und von welchem ausgehend das Kältemittel über Düsenkanäle 34 die Wärmeübertragerkanälen 36 zugeführt wird, in welchen ein Expandieren des Kältemittels unter Aufnahme von Wärme aus dem Fluidstrom 28 erfolgt, der insbesondere quer oder senkrecht zu Zeichenebene verläuft. For this purpose, the heat exchanger has a refrigerant distributor 32 connected to the control valve 24, to which the pressurized refrigerant is supplied and from which the refrigerant is supplied via nozzle channels 34 to the heat exchanger channels 36, in which the refrigerant expands while absorbing heat from the fluid flow 28 takes place, which runs in particular transversely or perpendicularly to the plane of the drawing.
Nach Durchströmen der Wärmeübertragerkanäle 36 tritt das Kältemittel in einen Kältemittelsammler 38 ein, welcher das Kältemittel aus allen Wärmeübertragerkanälen 36 sammelt und von welchem aus dann eine Zufuhr des Kältemittels zu der Saugseite 14 des Kältemittelverdichters 12 erfolgt. After flowing through the heat exchanger channels 36 , the refrigerant enters a refrigerant collector 38 which collects the refrigerant from all the heat exchanger channels 36 and from which the refrigerant is then supplied to the suction side 14 of the refrigerant compressor 12 .
Wie in Fig. 2 vergrößert dargestellt, sind bei einer ersten, einfachen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wärmeübertragers 30 die Wärmeübertragerkanäle 36 durch parallel zueinander verlaufende Wärmeübertragerkörper 40 gebildet, welche sich von dem Kältemittelverteiler 32 zu dem Kältemittelsammler 38 erstrecken, wobei die Wärmeübertragerkörper 40 einen ersten Endbereich 42 zur Verbindung mit dem Kältemittelverteiler 32 und einen zweiten Endbereich 44 zur Verbindung mit dem Kältemittelsammler aufweisen. Eine bevorzugte konstruktive Lösung sieht dabei vor, dass die Wärmeübertragerkörper 40 mit dem ersten Endbereich 42 in einen Innenraum 46 des Kältemittelverteilers 32 hineinragen und außerdem am ersten Endbereich 42 mit dem Düsenkanal 34 versehen sind, der somit einerseits aus dem Innenraum 46 des Kältemittelvertei lers 32 Kältemittel aufnimmt und an den Wärmeübertragerkanal 36 abgibt, in welchem dann das Kältemittel expandiert und den Wärmeübertragerkörper 40 kühlt, so dass dieser aus einem den jeweiligen Wärmeübertragerkörper umströmenden Wärme aus dem Wärmestrom 28 aufnehmen kann. As shown enlarged in Fig. 2, in a first, simple embodiment of the heat exchanger 30 according to the invention, the heat exchanger channels 36 are formed by heat exchanger bodies 40 running parallel to one another, which extend from the refrigerant distributor 32 to the refrigerant collector 38, with the heat exchanger bodies 40 having a first end region 42 for connection to the refrigerant distributor 32 and a second end region 44 for connection to the refrigerant collector. A preferred design solution provides for the first end area 42 of the heat exchanger bodies 40 to protrude into an interior space 46 of the refrigerant distributor 32 and also for the first end area 42 to be provided with the nozzle duct 34, which thus leads out of the interior space 46 of the refrigerant distributor 32 refrigerant absorbs and delivers it to the heat exchanger channel 36, in which the refrigerant then expands and cools the heat exchanger body 40, so that it can absorb heat from the heat flow 28 flowing around the respective heat exchanger body.
Dabei sind die Düsenkanäle 34 in den Endbereichen 42 so ausgebildet, dass sie einen von dem Innenraum 46 zum jeweiligen Wärmeübertragerkanal 36 strömenden Massenstrom des Kältemittels begrenzen. The nozzle channels 34 are formed in the end regions 42 in such a way that they limit a mass flow of the refrigerant flowing from the interior 46 to the respective heat exchanger channel 36 .
Beispielsweise erfolgt die Ausbildung der Düsenkanäle 34 hinsichtlich ihrer Querschnittsfläche derart, dass in diesen das Kältemittel mit der kritischen Geschwindigkeit, das heißt in diesem Fall Schallgeschwindigkeit, strömt und somit in den Düsenkanälen 34 im Wesentlichen eine isenthalpe Expansion des Kältemittels stattfindet. For example, the design of the nozzle channels 34 with regard to their cross-sectional area is such that the refrigerant flows in them at the critical speed, ie in this case the speed of sound, and thus essentially an isenthalpic expansion of the refrigerant takes place in the nozzle channels 34 .
Das heißt, dass insbesondere erst nach dem Austreten des Kältemittels aus den Düsenkanälen 34 in den jeweiligen Wärmeübertragerkanälen 36 die zum Abkühlen des Kältemittels führende Expansion stattfindet. This means that in particular only after the refrigerant has exited the nozzle channels 34 in the respective heat exchanger channels 36 does the expansion leading to the cooling of the refrigerant take place.
Insbesondere bei Einsatz von CO2 als Kältemittel, gegebenenfalls mit Additiven, beispielsweise Kohlenwasserstoffen, erfolgt eine Zufuhr des Kältemittels in dem Kältemittelkreislauf 10 zu dem Kältemittelverteiler 32 bei einem Druckniveau welches über dem Tripelpunkt liegt, beispielsweise im Bereich zwischen 10 bar und 160 bar, vorzugsweise im Bereich von 70 bar bis ungefähr 140 bar und insbesondere im Bereich von 10 bar bis ungefähr 70 bar. In dem Düsenkanal 34 erfolgt dann eine Reduzierung des Drucks der jedoch am Übergang von dem Düsenkanal 34 in den Wärmeübertragerkanal 36 vorzugsweise noch über dem Tripelpunkt des Kältemittels, in diesem Fall über dem Tripelpunkt von CO2, liegt, so dass im Wesentlichen eine Sublimation in dem Düsenkanal 34 verhindert wird. In particular when using CO2 as the refrigerant, optionally with additives such as hydrocarbons, the refrigerant is supplied in the refrigerant circuit 10 to the refrigerant distributor 32 at a pressure level which is above the triple point, for example in the range between 10 bar and 160 bar, preferably in the range from 70 bar to about 140 bar and in particular in the range from 10 bar to about 70 bar. The pressure in the nozzle channel 34 is then reduced, but at the transition from the nozzle channel 34 to the heat exchanger channel 36 it is preferably still above the triple point of the refrigerant, in this case above the triple point of CO2, so that there is essentially a sublimation in the nozzle channel 34 is prevented.
Vorzugsweise liegt der Druck im Düsenkanal 34 und insbesondere auch noch bis zum Ausgang des Düsenkanals 34 im Bereich von größer 6 bar, beispielsweise im Bereich von ungefähr 6 bar bis ungefähr 40 bar. The pressure in the nozzle channel 34 and in particular also up to the outlet of the nozzle channel 34 is preferably in the range of greater than 6 bar, for example in the range from approximately 6 bar to approximately 40 bar.
Somit liegt erst in dem Wärmeübertragerkanal 36 der Druck unter dem Druck des Kältemittels im Tripelpunkt, so dass sich eine feste Phase des Kältemittels ausbildet, und eine Sublimation des Kältemittels, das heißt in diesem Fall beispielsweise CO2, eintritt, so dass das Kältemittel auf seinem Weg durch den Wärmeübertragerkanal 36 im jeweiligen Wärmeübertragerkörper 40 vollständig in den gasförmigen Zustand übergeht und dabei Wärme aus dem Fluidstrom 28 aufnehmen kann. Thus, it is only in the heat exchanger channel 36 that the pressure is below the pressure of the refrigerant at the triple point, so that a solid phase of the refrigerant forms and sublimation of the refrigerant, i.e. in this case CO2 for example, occurs, so that the refrigerant on its way passes completely into the gaseous state through the heat exchanger channel 36 in the respective heat exchanger body 40 and can absorb heat from the fluid flow 28 in the process.
Vorzugsweise liegt am zweiten Anschluss 44 des Wärmeübertragerkörpers 40 gasförmiges Kältemittel vor, das aus dem Wärmeübertragerkanal 36, insbesondere mit dessen Querschnitt, in einen Innenraum 48 des Kältemittelsammlers übertritt und von diesem gesammelt und über den Kältemittelkreislauf 10 der Saugseite 14 des Kältemittelverdichters 12 zugeführt wird. Gaseous refrigerant is preferably present at the second connection 44 of the heat exchanger body 40, which passes from the heat exchanger channel 36, in particular with its cross section, into an interior space 48 of the refrigerant collector and is collected by the latter and fed via the refrigerant circuit 10 to the suction side 14 of the refrigerant compressor 12.
Die Düsenkanäle 34 haben, um diese Funktion zu erreichen, beispielsweise einen Durchmesser von weniger als 0,1 mm und eine Länge im Bereich von 0,05 mm bis 5 mm. In order to achieve this function, the nozzle channels 34 have, for example, a diameter of less than 0.1 mm and a length in the range of 0.05 mm to 5 mm.
Die voranstehende Dimensionierung der Düsenelemente 34, insbesondere der Düsenkanäle 34, sowie die vorstehend genannten Betriebsbedingungen gelten insbesondere auch für alle nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiele. Bei dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 ist der Wärmeübertragerkörper 40 beispielsweise als Rohrkörper 50 ausgebildet, welcher sich von dem ersten Endbereich 42 bis zu dem zweiten Endbereich 44 erstreckt und beispielsweise eine im Wesentliche kreisrunde Außenkontur 52 aufweist, wobei eine die Außenkontur 52 bildende Rohrwand 54 den Wärmeübertragerkanal 36 umfangsseitig umschließt wie in Fig. 3a und 3b dargestellt. The above dimensioning of the nozzle elements 34, in particular of the nozzle channels 34, and the above-mentioned operating conditions also apply in particular to all the exemplary embodiments described below. In the first exemplary embodiment according to Fig. 2, the heat exchanger body 40 is designed, for example, as a tubular body 50, which extends from the first end region 42 to the second end region 44 and has, for example, a substantially circular outer contour 52, with a tube wall 54 forming the outer contour 52 encloses the heat exchanger channel 36 on the peripheral side, as shown in FIGS. 3a and 3b.
Bei der Ausbildung des ersten Endbereichs 42, ist es erforderlich, wie in Fig. 4a bis 4c dargestellt, den Wärmeübertragerkanal 36 zu verschließen. Dies erfolgt beispielsweise durch eine einseitige Verprägung des Rohrkörpers 50, wobei ein erster Rohrwandbereich 56, der beispielsweise eine Halbseite des Rohrkörpers 50 bildet, so deformiert wird, dass dieser an einem gegenüberliegenden undeformierten Rohrwandbereich 58 zur Anlage kommt, so dass durch die Verprägung des Rohrkörpers 50 der verprägte Rohrwandbereich 56 an dem undeformierten Rohrwandbereich 58 längs einer Berührungsfläche 62 dicht anliegt und somit den Wärmeübertragerkanal 36 im Bereich des Anschlussabschnitts 42 verschließt, wobei dies insbesondere unter Ausbildung einer eines den Wärmeübertragerkanal 36 verschließenden Stirnwandbereichs 64 erfolgt, wie in Fig. 4a bis 4c dargestellt. When forming the first end region 42, it is necessary, as shown in FIGS. 4a to 4c, to close the heat exchanger channel 36. This is done, for example, by embossing the tubular body 50 on one side, with a first tubular wall area 56, which forms, for example, one half of the tubular body 50, being deformed in such a way that it comes to rest against an opposite, undeformed tubular wall area 58, so that the embossing of the tubular body 50 the embossed tube wall area 56 lies tightly against the undeformed tube wall area 58 along a contact surface 62 and thus closes the heat exchanger channel 36 in the area of the connection section 42, this taking place in particular with the formation of an end wall area 64 closing the heat exchanger channel 36, as shown in FIGS. 4a to 4c .
Um den Wärmeübertragerkanal 36 mit Kältemittel zu versorgen ist jedoch das Einbringen des Düsenkanals 34 erforderlich. In order to supply the heat exchanger channel 36 with refrigerant, however, it is necessary to introduce the nozzle channel 34 .
Dies kann in unterschiedlichster Art und Weise erfolgen. This can be done in many different ways.
Wie beispielsweise in Fig. 5 dargestellt, besteht die Möglichkeit, beim Verprägen des Rohrwandbereichs 56 zum Rohrwandbereich 58 vor dem Anlegen des Rohrwandbereichs 56 an dem Rohrwandbereich 58 längs der Berührungsfläche 62 im Bereich der Berührungsfläche 62 einen Düsenkanalformkörper 72 anzuordnen, welcher die Dimension des zu erzeugenden Düsenkanals 34 aufweist und diesen gemäß Fig. 5a bis 5b mit einzuprägen, so dass der Rohrwandbereich 56 an dem Rohrwandbereich 58 entlang der Berührungsfläche 62 anliegt, jedoch im Bereich des Düsenkanalformkörpers 72 nicht. As shown in Fig. 5, for example, it is possible to arrange a nozzle channel shaped body 72 in the region of contact surface 62 when stamping tube wall region 56 into tube wall region 58 before laying tube wall region 56 against tube wall region 58, which has the dimensions of the 5a to 5b, so that the tube wall area 56 rests against the tube wall area 58 along the contact surface 62, but not in the area of the nozzle channel shaped body 72.
Erfolgt ein nachfolgendes Entfernen der Düsenkanalformkörpers 72, beispielsweise durch axiales Herausziehen derselben, so verbleibt in dem Endabschnitt 42 der Düsenkanal 34, wie in Fig. 5c dargestellt und weist die durch den Düsenkanalformkörper 72 vorgegebene Dimensionierung auf. If the molded nozzle channel body 72 is subsequently removed, for example by pulling it out axially, the nozzle channel 34 remains in the end section 42, as shown in FIG.
Alternativ zum Vorsehen des Düsenkanalformkörpers besteht aber auch die Möglichkeit, wie in Fig. 6a bis c dargestellt, den Düsenkanal 34 nach Verschließen des Wärmeübertragerkanals 36 im Bereich des ersten Anschlussabschnitts 42 durch eine Bearbeitung, beispielsweise eine Laserbearbeitung, in den Stirnwandbereich 64 einzubringen, so dass der Düsenkanal 34 den Stirnwandbereich 64 durchsetzt und somit der Rohrwandbereich 56 an dem Rohrwandbereich 58 längs der sich bei der Verprägung ausbildenden Berührungsfläche 62 vollflächig anliegt. As an alternative to providing the nozzle channel shaped body, there is also the possibility, as shown in Fig. 6a to c, of introducing the nozzle channel 34 into the end wall area 64 after closing the heat exchanger channel 36 in the area of the first connection section 42 by machining, for example laser machining, so that the nozzle channel 34 passes through the end wall area 64 and thus the pipe wall area 56 bears against the pipe wall area 58 over the entire surface along the contact surface 62 formed during the embossing.
Ausgehend von dem Rohrkörper 50 gemäß Fig. 3 besteht aber auch die Möglichkeit, den Wärmeübertragerkanal 36 dadurch zu verschließen, dass beispielsweise zwei einander gegenüberliegende Rohrwandbereiche 56a und 56b oder gegebenenfalls auch mehr in Richtung aufeinander zu verprägt werden, so dass zwischen diesen Rohrwandbereichen 56a und 56b jeweils undeformierte Rohrwandbereiche 58a und 58b verbleiben und sich somit durch das Verprägen der Rohrwandbereiche 56a und 56b in Richtung aufeinander zu Stirnwandbereiche 64a und 64b ausbilden, die den Wärmeübertragerkanal 36 des Wärmeübertragerkörpers 40 verschließen, wie in den Fig. 7a, 7b und 7c dargestellt. Auch bei einer derartigen Verprägung des Rohrkörpers 50 zur Bildung des Endbereichs 42 bestehen zwei Möglichkeiten, den Düsenkanal einzubringen, nämlich einerseits, wie in Fig. 8 dargestellt, durch Einlegen des Düsenkanalformkörpers 72 beim Verprägen, so dass das Verprägen der Rohrwandbereiche 56a und 56b dazu führt, dass diese sich um den Düsenkanalformkörper 72 herumlegen, wie in Fig. 8a und 8b dargestellt und nach Entfernen des Düsenkana Iformkörpers 72 der Düsenkanal 34 zwischen den miteinander verprägten Rohrwandbereichen 56a und 56b verbleibt. Starting from the tubular body 50 according to FIG. 3, however, there is also the possibility of closing the heat exchanger channel 36 in that, for example, two opposite tube wall regions 56a and 56b are stamped, or possibly more towards one another, so that between these tube wall regions 56a and 56b each undeformed tube wall areas 58a and 58b remain and thus end wall areas 64a and 64b are formed by the embossing of the tube wall areas 56a and 56b towards one another, which close the heat exchanger channel 36 of the heat exchanger body 40, as shown in FIGS. 7a, 7b and 7c. Even with such an embossing of the tubular body 50 to form the end region 42, there are two options for introducing the nozzle duct, namely on the one hand, as shown in Fig. 8, by inserting the nozzle duct shaped body 72 during the embossing, so that the embossing of the tube wall regions 56a and 56b leads to this 8a and 8b and after removing the nozzle channel Iformed body 72, the nozzle channel 34 remains between the tube wall regions 56a and 56b stamped together.
Alternativ dazu ist es ebenfalls möglich, wie in Fig. 9 dargestellt, nach Verprägen der Rohrwandbereiche 56a und 56b miteinander unter Ausbildung der Stirnwandbereiche 64a und 64b, beispielsweise durch Bearbeitung, insbesondere Laserbearbeitung, in einem der Stirnwandbereiche 64a, 64b einen Düsenkanal 34 einzuarbeiten, der dann den jeweiligen Stirnwandbereich 64a oder 64b durchsetzt. Alternatively, it is also possible, as shown in Fig. 9, to incorporate a nozzle channel 34 in one of the end wall areas 64a, 64b after stamping the tube wall areas 56a and 56b together to form the end wall areas 64a and 64b, for example by machining, in particular laser machining then penetrates the respective end wall area 64a or 64b.
Bei allen Möglichkeiten der Herstellung des Düsenkanals 34 gemäß den Fig. 5 und 6 sowie 8 und 9 erfolgt die Verprägung der Rohrwandbereiche 56 und 58 jeweils innerhalb der Außenkontur 52, so dass der Wärmeübertragerkörper 40 im Bereich des ersten Endbereichs 42 sich nicht über die Außenkontur 52 des Rohrkörpers 50 hinaus erstreckt, sondern die deformierten Rohrwandbereiche 56 alle innerhalb der Außenkontur 52 liegen. With all the options for producing the nozzle channel 34 according to FIGS. 5 and 6 as well as 8 and 9, the embossing of the pipe wall areas 56 and 58 takes place within the outer contour 52, so that the heat exchanger body 40 in the area of the first end area 42 does not extend beyond the outer contour 52 of the tube body 50 extends out, but the deformed tube wall areas 56 are all within the outer contour 52.
Damit lässt sich in einfacher Weise der Endbereich 42 in den Kältemittelverteiler 32 einführen, da eine Öffnung 82 in einer Wand 84 des Kältemittelverteilers 32 entsprechend der Außenkontur 52 des jeweiligen Rohrkörpers 50 dimensioniert werden kann und eine Verbindung zwischen der Wand 84 des Kältemittelverteilers 32 und dem Rohrkörper 50 in einem Bereich außerhalb des Endbereichs 42 erfolgen kann, so dass dadurch eine vereinfachte Herstellung der Verbindung zwischen den Rohrkörpern 50 und dem Kältemittelverteiler 32 möglich ist, wie in Fig. 10 anhand der Lösung gemäß Fig. 6 dargestellt. Vorzugsweise ist ferner vorgesehen, dass der Kältemittelverteiler 32 mit einer thermischen Isolation 86 versehen ist, welche eine unerwünschte Abkühlung des Kältemittels bereits im Innenraum 46 des Kältemittelverteilers 32 verhindert, so dass insbesondere selbst bei einem Druck, der höher liegt als der Druck im Tripelpunkt ein Auftreten einer festen Phase des Kältemittels vor Eintritt in die Düsenkanäle 34 möglichst verhindert wird. This allows the end region 42 to be easily inserted into the refrigerant distributor 32, since an opening 82 in a wall 84 of the refrigerant distributor 32 can be dimensioned according to the outer contour 52 of the respective tubular body 50 and a connection between the wall 84 of the refrigerant distributor 32 and the tubular body 50 can take place in an area outside of the end area 42, so that a simplified production of the connection between the tubular bodies 50 and the refrigerant distributor 32 is possible, as shown in FIG. 10 using the solution according to FIG. It is preferably also provided that the refrigerant distributor 32 is provided with thermal insulation 86, which prevents unwanted cooling of the refrigerant already in the interior 46 of the refrigerant distributor 32, so that this occurs even at a pressure that is higher than the pressure at the triple point a solid phase of the refrigerant before it enters the nozzle channels 34 is prevented as far as possible.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel, dargestellt in Fig. 11, ist der Wärmeübertragerkörper 40' so ausgebildet, dass dieser einen Rohrkörper 50' aufweist, in welchem mehrere Wärmeübertragerkanäle 36 angeordnet sind, wobei jeder Wärmeübertragerkanal 36 durch Rohrwände 54' umschlossen ist. In a further exemplary embodiment, shown in FIG. 11, the heat exchanger body 40' is designed such that it has a tubular body 50' in which a plurality of heat exchanger channels 36 are arranged, with each heat exchanger channel 36 being surrounded by tube walls 54'.
Zur Ausbildung des ersten Endbereichs 42' der Anschlusskanäle 36 erfolgt, wie in Fig. 12a bis c dargestellt, analog zur Vorgehensweise gemäß Fig. 4, eine Verprägung des zum jeweiligen Wärmeübertragerkanal 36 gehörenden Rohrwandbereichs 56 in Richtung eines undeformierten Rohrwandbereichs 58 unter Ausbildung der Berührungsfläche 62 dergestalt, so dass ebenfalls im Bereich der Berührungsfläche 62 ein dichter Abschluss vorliegt. To form the first end area 42' of the connecting channels 36, as shown in Fig. 12a to c, analogously to the procedure according to Fig. 4, the tube wall area 56 belonging to the respective heat exchanger channel 36 is embossed in the direction of an undeformed tube wall area 58, forming the contact surface 62 such that there is also a tight seal in the area of the contact surface 62 .
Somit wird für jeden Wärmeübertragerkanal 36 ein Stirnwandbereich 64 ausgebildet, welcher diesen Wärmeübertragerkanal 36 verschließt analog wie im Detail im Zusammenhang mit der Fig. 4 beschrieben, auf welche diesbezüglich Bezug genommen wird. An end wall area 64 is thus formed for each heat exchanger channel 36, which closes this heat exchanger channel 36 in a similar way to that described in detail in connection with FIG. 4, to which reference is made in this regard.
Analog zu der Vorgehensweise gemäß Fig. 5 lässt sich an dem jeweiligen Endbereich 42' ein Düsenkanal 34 insbesondere dadurch ausbilden, dass zum Verprägen des Rohrwandbereichs 56 ein Düsenkanalformkörpers 72 zwischen die zu verprägenden Rohrwandbereiche 56 und 58 eingelegt wird, so dass sich beim Anformen des Rohrwandbereichs 56 an den Rohrwandbereich 58 die Berührungsfläche 62 im Bereich des Düsenkanalformkörpers 72 nicht dicht verschließt, sondern nach Herausziehen des Düsenkanalformkörpers 72, wie in Fig. 13c dargestellt, der Düsenkanal 34 zwischen den miteinander verprägten Rohrwandbereichen 56 und 58 verbleibt. Analogously to the procedure according to Fig. 5, a nozzle channel 34 can be formed on the respective end region 42', in particular by inserting a nozzle channel shaped body 72 between the tube wall regions 56 and 58 to be stamped in order to stamp the tube wall region 56, so that when the tube wall region is molded on 56 to the tube wall area 58 the Contact surface 62 in the area of the molded nozzle channel body 72 does not close tightly, but after the molded nozzle channel body 72 has been pulled out, as shown in FIG.
Alternativ dazu ist es aber ebenfalls möglich, wie im Zusammenhang mit Fig. 14 dargestellt, in den beim Verprägen gebildeten Stirnwandbereich 64 durch Bearbeitung, beispielsweise mit einem Laserstrahl, den Düsenkanal 34 einzuarbeiten, in analoger Vorgehensweise wie im Detail im Zusammenhang mit der Fig. 6 beschrieben, wobei auf die Beschreibung hierzu vollinhaltlich Bezug genommen wird. As an alternative to this, it is also possible, as shown in connection with Fig. 14, to work the nozzle channel 34 into the end wall region 64 formed during stamping by machining, for example with a laser beam, in a procedure analogous to that in detail in connection with Fig. 6 described, reference being made to the full content of the description for this purpose.
Analog zur Vorgehensweise bei der Ausbildung des ersten Anschlussabschnitts 42 beim Rohrkörper 50 besteht bei dem Rohrkörper 50' mit mehreren Wärmeübertragerkanälen 36 die Möglichkeit ebenfalls die einzelnen Endbereiche 42' durch Verprägen zweier einander gegenüberliegender Rohrwandbereiche 56a und 56b in Richtung aufeinander zu zu verschließen, wobei sich - wie ebenfalls bereits im Zusammenhang mit Fig. 7 beschrieben - die Stirnwandbereiche 64a und 64b zwischen den undeformierten Rohrwandbereichen 58a und 58b liegend ausbilden. Analogously to the procedure for the formation of the first connection section 42 in the tubular body 50, there is the possibility in the tubular body 50' with a plurality of heat exchanger channels 36 to also close the individual end regions 42' by embossing two opposite tube wall regions 56a and 56b in the direction towards one another, with as also already described in connection with FIG. 7 - form the end wall areas 64a and 64b lying between the undeformed tube wall areas 58a and 58b.
Somit kann hinsichtlich des Verschlusses der Wärmeübertragerkanäle 36 durch Verprägen der einander gegenüberliegenden Rohrwandbereiche 56a und 56b vollinhaltlich auf die Ausführungen im Zusammenhang mit der Fig. 7 Bezug genommen werden. Thus, with regard to the closure of the heat exchanger channels 36 by embossing the tube wall regions 56a and 56b lying opposite one another, reference can be made in full to the explanations in connection with FIG. 7 .
Auch das Vorsehen des jeweiligen Düsenkanals 34 kann ähnlich wie im Zusammenhang mit dem Rohrkörper 50 beschrieben erfolgen. So ist gemäß Fig. 16 vorgesehen, zum Verprägen der Rohrwandbereiche 56a und 56b miteinander den Düsenkanalformkörper 72 jeweils zwischen die zu verprägenden Rohrwandbereiche 56a und 56b einzulegen und nach erfolgter Verprägung zu entfernen, so dass dadurch der der Düsenkanallehre 72 entsprechende Düsenkanal 34 zwischen den miteinander verprägten Rohrwandbereichen 56a und 56b verbleibt. The respective nozzle channel 34 can also be provided in a manner similar to that described in connection with the tubular body 50 . According to Fig. 16, for example, in order to press pipe wall areas 56a and 56b together, the nozzle channel shaped body 72 is to be inserted between the pipe wall areas 56a and 56b to be pressed and to be removed after the stamping has taken place, so that the nozzle channel 34 corresponding to the nozzle channel gauge 72 is placed between the stamped ones Tube wall portions 56a and 56b remains.
Auch diesbezüglich kann vollinhaltlich auf die entsprechenden Ausführungen im Zusammenhang mit der Fig. 8 Bezug genommen werden. In this regard, too, reference can be made in full to the corresponding explanations in connection with FIG. 8 .
Alternativ dazu ist es ebenfalls denkbar, wie in Fig. 17 dargestellt, in die sich beim Verprägen der Rohrwandbereiche 56a und 56b miteinander bildenden Stirnwandbereiche 64a und 64b, beispielsweise in einen von diesen oder gegebenenfalls in beide, einen Düsenkanal 34, beispielsweise durch Laserbearbeitung, einzuarbeiten, wie in Fig. 17b dargestellt. As an alternative to this, it is also conceivable, as shown in Fig. 17, to incorporate a nozzle channel 34, for example by laser machining, into the end wall regions 64a and 64b that form when the tube wall regions 56a and 56b are stamped together, for example in one of them or optionally in both , as shown in Fig. 17b.
Auch diesbezüglich kann vollinhaltlich auf die Ausführungen im Zusammenhang mit Fig. 9 Bezug genommen werden. In this regard, too, full reference can be made to the explanations in connection with FIG. 9 .
Bei allen Ausführungsbeispielen, umfassend einen Rohrkörper 50' erfolgt ebenfalls die Verprägung der Rohrwandbereiche 56a und 56b dergestalt, dass deren Endform nicht über die Außenkontur 52' des Rohrkörpers 50' übersteht, so dass der Rohrkörper 50' analog zur Lösung gemäß Fig. 10 in Öffnungen 82 der Wand 84 des Kältemittelverteilers 32 eingeführt und außerhalb des ersten Endbereichs 42 mit der Wand 84 verbunden werden kann, um den Wärmeübertrager 30 möglichst einfach herstellen zu können. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wärmeübertragers 30, dargestellt in Fig. 18 und 19, umfasst der Kältemittelverteiler 32 einen langgestreckten, beispielsweise rohrähnlichen Körper mit einer Wand 33, welche eine Aufnahme 35 für den Endbereich 42 des als Rohrkörper 50 ausgebildeten Wärmeübertragerkörpers 40 aufnimmt und vorzugsweise formschlüssig an den ersten Endbereich 42 angepasst ist, welcher insbesondere als stumpfes Ende des Rohrkörpers 50 ausgebildet ist, so dass der Endbereich 42 mit seinem Stirnwandbereich 54 an einem Boden 37 der Aufnahme 35 anliegt und eine Seitenwand 39 der Aufnahme 35 eine Außenkontur 52 des Rohrkörpers 50, insbesondere der kreisrunden Außenkontur des Rohrkörpers 50, umfasst. In all exemplary embodiments comprising a tubular body 50', the tubular wall regions 56a and 56b are also embossed in such a way that their final shape does not protrude beyond the outer contour 52' of the tubular body 50', so that the tubular body 50' can, analogously to the solution according to FIG. 10, be placed in openings 82 of the wall 84 of the refrigerant distributor 32 can be introduced and connected to the wall 84 outside of the first end region 42 in order to be able to produce the heat exchanger 30 as simply as possible. In a further exemplary embodiment of a heat exchanger 30 according to the invention, shown in Figs. 18 and 19, the refrigerant distributor 32 comprises an elongate, for example tube-like body with a wall 33 which, preferably, accommodates a receptacle 35 for the end region 42 of the heat exchanger body 40 designed as a tubular body 50 is adapted in a form-fitting manner to the first end region 42, which is designed in particular as a blunt end of the tubular body 50, so that the end region 42 rests with its end wall region 54 on a base 37 of the receptacle 35 and a side wall 39 of the receptacle 35 has an outer contour 52 of the tubular body 50 , In particular the circular outer contour of the tubular body 50 includes.
Nach Einsetzen des Endbereichs 42 in die Aufnahme 35 kann dieser beispielsweise durch Fügen in einfacher Weise mit der Wand 33 des Verteilers 32 dicht verbunden werden. After the end region 42 has been inserted into the receptacle 35, it can be tightly connected to the wall 33 of the distributor 32 in a simple manner, for example by joining.
Ferner ist vorzugsweise in einem den Wärmeübertragerkanal 36 stirnseitig überdeckenden Bereich des Bodens 37 und ausgehend von diesem ein Düsenkanal 34, der gemäß den den voranstehenden Ausführungsbeispielen entsprechenden Dimensionen ausgebildet ist und gemäß den genannten Betriebsbedingungen funktioniert, eingearbeitet, welcher sich bis in den Innenraum 46 des Kältemittelverteilers 32 erstreckt, wobei das Einarbeiten des Düsenkanals 34 beispielsweise durch mechanisches Bohren oder Laserbearbeitung erfolgt. Furthermore, a nozzle channel 34, which is designed according to the dimensions corresponding to the above exemplary embodiments and functions according to the operating conditions mentioned, is preferably incorporated in an area of the base 37 that covers the front side of the heat exchanger channel 36 and, starting from this, which extends into the interior space 46 of the refrigerant distributor 32 extends, the incorporation of the nozzle channel 34 being carried out, for example, by mechanical drilling or laser machining.
Ferner ist insbesondere die Aufnahme 35 in der Wand 33 des Kältemittelverteilers 32 durch eine mechanische Bearbeitung, beispielsweise Bohren oder Fräsen eingearbeitet und insbesondere maßgenau auf die Außenkontur 52 des Rohrkörpers abgestimmt. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel eines derartigen Wärmeübertragers, dargestellt in Fig. 20, lassen sich beispielsweise bei einer ovalen Querschnittsform des Kältemittelverteilers 32 in eine Seitenwand 33s desselben zwei Aufnahmen 35 einarbeiten, wobei in jeweils eine dieser Aufnahmen 35 ein Rohrkörper 50 in gleicher Weise eingesetzt ist, wie dies im Zusammenhang mit dem voranstehenden Ausführungsbeispiel beschrieben ist. Furthermore, in particular the receptacle 35 in the wall 33 of the refrigerant distributor 32 is incorporated by mechanical processing, for example drilling or milling, and in particular is dimensionally precisely matched to the outer contour 52 of the tubular body. In a further exemplary embodiment of such a heat exchanger, shown in FIG. 20, two receptacles 35 can be incorporated into a side wall 33s of the refrigerant distributor 32, for example with an oval cross-sectional shape, with a tubular body 50 being inserted in the same way in each of these receptacles 35. as described in connection with the previous embodiment.
Ferner ist in den jeweiligen Boden 37 der jeweiligen Aufnahme ebenfalls der jeweilige Düsenkanal 34 ausgearbeitet, der sich bis in den Innenraum 46 erstreckt. Furthermore, the respective nozzle channel 34 , which extends into the interior 46 , is also worked out in the respective bottom 37 of the respective receptacle.
Auch bei diesem Ausführungsbeispiel sind somit die Dimensionen des Düsenkanals 34 und die Drucke im Kältemittelverteiler 32 sowie im jeweiligen Düsenkanal 34 identisch mit denen der voranstehenden Ausführungsbeispiele. In this exemplary embodiment as well, the dimensions of the nozzle channel 34 and the pressures in the refrigerant distributor 32 and in the respective nozzle channel 34 are therefore identical to those of the preceding exemplary embodiments.
Bei den erfindungsgemäßen erforderlichen langgestreckten Wärmeübertragerkanälen 36 besteht insbesondere dann, wenn in diesen das Kältemittel, insbesondere CO2, sublimiert, das Problem, dass kein guter Wärmeübergang auf das feste Kältemittel erfolgt. In the case of the elongated heat exchanger channels 36 required according to the invention, there is the problem, in particular when the refrigerant, in particular CO2, sublimes in them, that there is no good heat transfer to the solid refrigerant.
Aus diesem Grund ist bei einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung vorgesehen, dass die Wärmeübertragerkanäle 36 Strömungsumlenkbereiche 92 aufweisen, wie in Fig. 21 dargestellt, so dass durch die Strömungsumlenkbereiche 92 eine Umlenkung, beispielsweise eine Verwirbelung, des Kältemittelstroms und somit eine Verbesserung des Wärmeübergangs auf das feste Kältemittel erfolgt. For this reason, in an advantageous embodiment of the solution according to the invention, it is provided that the heat exchanger channels 36 have flow deflection areas 92, as shown in FIG the solid refrigerant takes place.
Beispielsweise könnten die Strömungsumlenkbereiche 92 so angeordnet sein, dass diese jeweils zwischen geradlinig verlaufenden Kanalabschnitten 94 angeordnet sind. Vorzugsweise sind die Strömungsumlenkbereiche 92 so ausgebildet, dass sie eine Strömungsumlenkung, beispielsweise bezogen auf eine geradlinige Strömungsausbreitungsrichtung 96, von beispielsweise mindestens 20°, vorzugsweise mindestens 40°, bewirken, um dadurch eine ausreichend große Verwirbelung des sublimierenden Kältemittels zu erreichen. For example, the flow deflection areas 92 could be arranged in such a way that they are each arranged between channel sections 94 running in a straight line. The flow deflection areas 92 are preferably designed in such a way that they cause a flow deflection, for example in relation to a straight flow propagation direction 96, of for example at least 20°, preferably at least 40°, in order to achieve sufficiently large turbulence of the sublimating refrigerant.
Dabei könnte im einfachsten Fall der jeweilige Strömungsumlenkbereich 92 als abknickender Verlauf des Wärmeübertragerkanals 36 ausgebildet sein. In the simplest case, the respective flow deflection area 92 could be designed as a kinked course of the heat exchanger channel 36 .
Eine andere vorteilhafte Lösung, beispielsweise dargestellt in Fig. 22, sieht dabei zwischen den geradlinigen Kanalabschnitten 94 Strömungsumlenkbereiche 92' vor, die keinen abknickenden Verlauf des Wärmeübertragerkanals 36 darstellen, sondern einen gekrümmten Verlauf mit einem Krümmungsradius R, welcher ein mehrfaches eines mittleren Kanalquerschnitts beträgt, vorzugsweise weniger als ein 40-faches des mittleren Kanalquerschnitts. Another advantageous solution, shown for example in Fig. 22, provides between the straight channel sections 94 flow deflection areas 92 ', which do not represent a kinking course of the heat exchanger channel 36, but a curved course with a radius of curvature R, which is a multiple of a central channel cross section. preferably less than 40 times the mean channel cross-section.
Dabei erfolgt durch die Krümmungsänderung beispielsweise eine Richtungsumlenkung in der Größenordnung von 90° bezüglich der geradlinigen Strömungsausbreitung 96. The change in curvature causes, for example, a direction deflection of the order of 90° with respect to the rectilinear propagation of the flow 96.
Im Fall des in Fig. 22 dargestellten Ausführungsbeispiels erfolgen bei aufeinanderfolgenden Strömungsumlenkbereichen 92' jeweils Umlenkungen in wechselnde Richtungen. In the case of the exemplary embodiment illustrated in FIG. 22, deflections in alternating directions take place in successive flow deflection regions 92'.
Die Strömungsumlenkbereiche 92' können aber auch so angeordnet sein, wie beispielsweise in Fig. 23, so dass jeweils zwei aufeinanderfolgende Strömungsumlenkbereiche 92' mit ihrer Krümmung eine Umlenkung in dieselbe Richtung bewirken und dann wieder entgegengesetzt dazu, wobei jeweils zwischen zwei in derselben Richtung umlenkenden Strömungsumlenkbereichen 92' gerade Kanalabschnitte 94 liegen. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel, dargestellt in Fig. 24, sind die Strömungsumlenkbereiche 92" derart gekrümmt, dass sie jeweils eine Strömungsumlenkung um einen Winkel in der Größenordnung von ungefähr 180° bewirken, wobei aufeinanderfolgende Strömungsumlenkbereiche 92" jeweils durch geradlinig verlaufende Kanalabschnitte 94 miteinander verbunden sind. However, the flow deflection areas 92' can also be arranged, as for example in Fig. 23, so that two consecutive flow deflection areas 92' with their curvature cause a deflection in the same direction and then again in the opposite direction, whereby in each case between two flow deflection areas deflecting in the same direction 92' straight channel sections 94 lie. In a further embodiment, shown in Fig. 24, the flow deflection areas 92" are curved in such a way that they each cause a flow deflection by an angle of the order of approximately 180°, with successive flow deflection areas 92" being connected to one another by straight channel sections 94 .
Alternativ dazu ist bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 25 vorgesehen, dass die ein Krümmungsradius aufweisenden Strömungsumlenkbereiche 92' unmittelbar aufeinanderfolgend angeordnet sind, so dass zwischen diesen keine geradlinig verlaufenden Kanalabschnitte 94 mehr vorliegen. As an alternative to this, it is provided in the exemplary embodiment according to FIG. 25 that the flow deflection regions 92', which have a radius of curvature, are arranged directly one after the other, so that there are no longer any channel sections 94 running in a straight line between them.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 25 führen die Strömungsumlenkabschnitte 92' zu Strömungsumlenkungen in der Größenordnung von ungefähr 20° bis 90°. In the embodiment according to FIG. 25, the flow deflection sections 92' lead to flow deflections in the order of approximately 20° to 90°.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel, dargestellt in Fig. 26, folgen ebenfalls die Strömungsumlenkbereiche 92" unmittelbar aufeinander, wobei diese Strömungsumlenkbereiche 92" jeweils eine Strömungsumlenkung mit dem Krümmungsradius R. bewirken, die allerdings in der Größenordnung von ungefähr 180° liegt, so dass insbesondere der Verlauf des Wärmeübertragerkanals 36 auch als mäanderförmig bezeichnet werden kann. In a further exemplary embodiment, shown in Fig. 26, the flow deflection areas 92" also follow one another directly, with these flow deflection areas 92" each causing a flow deflection with the radius of curvature R., which, however, is in the order of approximately 180°, so that in particular the Course of the heat exchanger channel 36 can also be referred to as meandering.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wärmeübertragers 30", dargestellt in den Fig. 27, 28 und 29, ist dieser als Plattenwärmeübertrager 100 ausgebildet, welcher in einer Stapelrichtung 102 übereinander liegende Lagen 104 aufweist, in welchen einerseits die Wärmeübertragerkanäle 36 verlaufen und andererseits getrennt von diesen das zu kühlende Medium, in diesem Fall vorzugsweise ein Fluid, beispielsweise eine Flüssigkeit, ein Gas oder ein phasenwechselndes Fluid, zum Beispiel Sole, geführt ist. Beispielsweise umfasst jede Lage 104 zwei aufeinanderliegende Lagenbleche 104a, 104b welche die Wärmeübertragerkanäle 36 zwischen sich einschließen und gemeinsam die Wärmeübertragerkörper 40" in den Lagen 104 bilden, wobei zwischen den Wärmeübertragungskörpern 40" das wärmeabgebende Medium durch die Lagen 104 hindurchströmt. In a further exemplary embodiment of a heat exchanger 30" according to the invention, shown in FIGS. 27, 28 and 29, this is designed as a plate heat exchanger 100, which has layers 104 lying one above the other in a stacking direction 102, in which on the one hand the heat exchanger channels 36 run and on the other hand separated from This medium to be cooled, in this case preferably a fluid, such as a liquid, a gas or a phase-changing fluid, such as brine, is guided. For example, each layer 104 comprises two layered metal sheets 104a, 104b lying one on top of the other, which enclose the heat exchanger channels 36 between them and together form the heat exchanger bodies 40" in the layers 104, with the heat-emitting medium flowing through the layers 104 between the heat exchanger bodies 40".
Dabei verläuft einerseits der Kältemittelverteiler 32" parallel zur Stapelrichtung 102 und/oder der Kältemittelsammler 38" verläuft parallel zur Stapelrichtung 102 und durchsetzt die verschiedenen Lagen 104. On the one hand, the refrigerant distributor 32" runs parallel to the stacking direction 102 and/or the refrigerant collector 38" runs parallel to the stacking direction 102 and penetrates the various layers 104.
Eine derartige Lage 104 zur Bildung der Wärmeübertragerkanäle 36 ist in Fig. 28 dargestellt, wobei die Kanäle 36 in der jeweiligen Lage 104 durch in dieser Lage 104 vorgesehene Kanaltrennungen 106, beispielsweise gebildet durch die Lagenbleche 104a, 104b, voneinander getrennt sind. Such a layer 104 for forming the heat exchanger channels 36 is shown in FIG. 28, the channels 36 in the respective layer 104 being separated from one another by channel separations 106 provided in this layer 104, for example formed by the layer plates 104a, 104b.
Ferner führt ausgehend von dem Kältemittelverteiler 32" jeweils mindestens ein Düsenkanal 34 zu dem jeweiligen Wärmeübertragerkanal 36, wobei in diesem Fall die Gesamtheit der Düsenkanäle 34 in der Wand 84" des Kältemittelverteilers 32" ausgebildet sind und nicht in den Wärmeübertragerkanälen 36. Furthermore, starting from the refrigerant distributor 32", at least one nozzle duct 34 leads to the respective heat exchanger duct 36, in which case all of the nozzle ducts 34 are formed in the wall 84" of the refrigerant distributor 32" and not in the heat exchanger ducts 36.
Beispielsweise wird die Wand 84" in der jeweiligen Lage durch einen Verteilkörper 108 gebildet, in welchen die einzelnen Düsenkanäle 34 eingearbeitet sind, wobei dieser Verteilkörper 108 noch durch ein Orientierungselement, beispielsweise eine Nase 112, relativ zu der jeweiligen Lage 104 des Plattenwärmeübertragers ausgerichtet werden kann. For example, the wall 84" is formed in the respective layer by a distributor body 108, in which the individual nozzle channels 34 are incorporated, whereby this distributor body 108 can also be aligned relative to the respective layer 104 of the plate heat exchanger by means of an orientation element, for example a nose 112 .
Dabei sind die Verteilkörper 108 jeweils Teil des Kältemittel Verteilers 32" und bilden die Wand 84" in der jeweiligen Lage wie in Fig. 29 dargestellt. The distributor bodies 108 are each part of the coolant distributor 32" and form the wall 84" in the respective position as shown in FIG.
Die Verteilkörper 108 können einstückig ausgebildet sein, wobei die Düsenkanäle 34 in die Wand 84" durch Laserbearbeitung eingearbeitet werden. Alternativ dazu ist der Verteilkörper 108 zweigeteilt, wobei die Trennebene T zwischen den Verteilkörperelementen 108a und 108b durch die Düsenkanäle 34 verläuft und diese dadurch hergestellt werden, dass die Verteilerkörperelemente 108a und 108b miteinander verprägt werden und zum Verprägen in der Trennebene T an den Stellen der herzustellenden Düsenkanäle 34 Düsenformkörper 72 angeordnet werden, so dass beim Verprägen der Verteilkörperelemente 108, 108b im Bereich der Trennebene T die Düsenkanäle 34 ausgeformt werden, wie im Zusammenhang mit der Herstellung eines Düsenkanals 34 mit den Fig. 5, 8, 13 und 16 beschrieben, worauf inhaltlich Bezug genommen wird. The distributor bodies 108 can be formed in one piece, with the nozzle channels 34 being incorporated into the wall 84'' by laser machining. As an alternative to this, the distributor body 108 is divided in two, with the separating plane T between the distributor body elements 108a and 108b running through the nozzle channels 34 and these being produced in that the distributor body elements 108a and 108b are embossed with one another and for embossing in the separating plane T at the points of the to be produced Nozzle channels 34 are arranged nozzle moldings 72, so that when the distribution body elements 108, 108b are stamped in the area of the parting plane T, the nozzle channels 34 are formed, as described in connection with the production of a nozzle channel 34 with FIGS. 5, 8, 13 and 16, whereupon content is referred to.
Alternativ dazu ist es aber auch denkbar, wie in Fig. 30 dargestellt, den Kältemittelverteiler 32" durch einen Rohrkörper 114 zu bilden, welcher sämtliche Lagen 104 durchsetzt und jeweils in den Lagen 104, in denen die Wärmeübertragerkanäle 36 angeordnet sind, mit zu diesen Wärmeübertragerkanälen 36 führenden Düsenkanälen 34 versehen sind. Alternatively, it is also conceivable, as shown in Fig. 30, to form the refrigerant distributor 32" by a tubular body 114, which passes through all layers 104 and in each of the layers 104 in which the heat exchanger channels 36 are arranged, with heat exchanger channels to these 36 leading nozzle channels 34 are provided.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wärmeübertragers 30"', dargestellt in Fig. 31, verlaufen die Wärmeübertragerkanäle 36 zwischen einem Innenkörper 122 und einem den Innenkörper 122 umschließenden Außenkörper 124, oder sie sind in einen derselben eingearbeitet, wobei der Innenkörper 122 einen Raum 126 umschließt, in welchem ein wärmeabgebendes Medium angeordnet ist, insbesondere diesen durchströmt. In a further exemplary embodiment of a heat exchanger 30"' according to the invention, shown in Fig. 31, the heat exchanger channels 36 run between an inner body 122 and an outer body 124 enclosing the inner body 122, or they are incorporated into one of the same, with the inner body 122 enclosing a space 126 , In which a heat-emitting medium is arranged, in particular flows through it.
Der Innenkörper 122 und der Außenkörper 124 bilden somit zusammen den Wärmeübertragerkörper 40"'. The inner body 122 and the outer body 124 thus together form the heat exchanger body 40'''.
Es ist aber auch möglich, mehrere derartige Innenkörper 122 und Außenkörper 124 insbesondere koaxial zueinander anzuordnen. Zur Speisung der Wärmeübertragerkanäle 136 ist ein Verteilkörper 128 vorgesehen, welcher mit den Düsenkanälen 34 versehen ist und sich zwischen dem Innenkörper 122 und dem Außenkörper 124 erstreckt und damit einen zwischen dem Innenkörper 122 und dem Außenkörper 124 liegenden Innenraum 46"' des ebenfalls in diesem Bereich von dem Innenkörper 122 und dem Außenkörper 124 gebildeten Kältemittelverteilers 32"' begrenzt, wobei gegenüberliegend dem Verteilkörper 128 der Innenraum 46'" durch einen Ringkörper 132 verschlossen ist. However, it is also possible to arrange several such inner bodies 122 and outer bodies 124, in particular coaxially with one another. To feed the heat exchanger channels 136, a distribution body 128 is provided, which is provided with the nozzle channels 34 and extends between the inner body 122 and the outer body 124 and thus an interior space 46"' located between the inner body 122 and the outer body 124 of the also in this area by the inner body 122 and the outer body 124 formed coolant distributor 32"' delimited, wherein opposite the distributor body 128 the interior 46"" is closed by an annular body 132.
Dabei wird beispielsweise dem Innenraum 46" über einen Anschluss 134 von dem Kältemittelkreislauf das Kältemittel zugeführt. In this case, for example, the refrigerant is supplied to the interior 46'' via a connection 134 from the refrigerant circuit.
In gleicher Weise wie bei den voranstehenden Ausführungsbeispielen verlaufen die Wärmeübertragerkanäle 36 auch bei diesem Ausführungsbeispiel vorzugsweise mänderförmig, ähnlich dem Verlauf in Fig. 25, so dass diesbezüglich auf die Ausführungen zu Fig. 25 Bezug genommen werden kann. In the same way as in the previous exemplary embodiments, the heat exchanger channels 36 in this exemplary embodiment also preferably run in a meandering manner, similar to the course in FIG. 25, so that reference can be made to the explanations relating to FIG. 25 in this regard.
Ferner ist der Außenkörper 124 mit einem Anschluss 136 für das abzuführende expandierte Kältemittel versehen, wobei sich im Anschluss an die zweiten Endbereiche 44" der Wärmeübertragerkanäle 36 zwischen dem Innenkörper 122 und dem Außenkörper 124 der Innenraum 48 des Kältemittelsammlers 38" bildet. Furthermore, the outer body 124 is provided with a connection 136 for the expanded refrigerant to be discharged, with the interior 48 of the refrigerant collector 38" forming between the inner body 122 and the outer body 124 following the second end regions 44" of the heat exchanger channels 36.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wärmeübertragers 30"", dargestellt in Fig. 32, liegen die Wärmeübertragerkanäle 36 ebenfalls zwischen dem Innenkörper 122 und dem Außenkörper 124 und außerdem ist der Innenraum 126 durch das wärmeabgebende Fluid durchströmt. Im Gegensatz zu dem voranstehenden Ausführungsbeispiel ist der Kältemittelverteiler 32"" durch einen konischen Innenkörper 142 und einen im Abstand von diesem verlaufenden konischen Außenkörper 144 gebildet, die zwischen sich einen Ringspalt oder konisch ausgebildeten Spalt 146 ausbilden, dessen Strömungsquerschnitt ebenfalls massenstrombegrenzend auf über einen Anschluss 148 einströmendes unter Druck stehendes Kältemittel wirkt und somit dieselbe Wirkung aufweist, wie die Vielzahl der Düsenkanäle 34 in dem Verteilring 128 des voranstehenden Ausführungsbeispiels. In a further exemplary embodiment of a heat exchanger 30"" according to the invention, shown in FIG. 32, the heat exchanger channels 36 are also located between the inner body 122 and the outer body 124, and the heat-emitting fluid also flows through the inner space 126. In contrast to the above exemplary embodiment, the refrigerant distributor 32"" is formed by a conical inner body 142 and a conical outer body 144 running at a distance from this, which form an annular gap or conical gap 146 between them, the flow cross section of which also limits the mass flow to via a connection 148 incoming pressurized refrigerant acts and thus has the same effect as the plurality of nozzle channels 34 in the distribution ring 128 of the previous embodiment.
Somit dient der Innenraum 46"" des Kältemittel Verteilers 32"" gleichzeitig als strömungsbegrenzendes Element für das einströmende Kältemittel. Thus, the interior space 46"" of the coolant distributor 32"" simultaneously serves as a flow-restricting element for the inflowing coolant.
Alternativ kann zwischen dem konischen Innenkörper 142 und dem konischen Außenkörper 144 aber auch ein Verteilkörper ähnlich dem Verteilkörper 128 mit Düsenkanälen 34 vorgesehen sein. Alternatively, a distribution body similar to the distribution body 128 with nozzle channels 34 can also be provided between the conical inner body 142 and the conical outer body 144 .
Darüber hinaus bildet sich im Anschluss an den zweiten Endbereich 44 der Wärmeübertragerkanäle 36 zwischen dem Innenkörper 122 und dem Außenkörper 124 ebenfalls der Innenraum 48 des Kältemittelsammlers 38" zum Abführen des in den Wärmetauscherkanälen 36 expandierten Kältemittels. In addition, the interior space 48 of the refrigerant collector 38 ″ for discharging the refrigerant expanded in the heat exchanger channels 36 is also formed between the inner body 122 and the outer body 124 following the second end region 44 of the heat exchanger channels 36 .
Eine Variante eines erfindungsgemäßen Kältemittelkreislaufs 10' ist, wie in Fig. 33 dargestellt, Teil einer als Ganzes mit 200 bezeichneten Temperaturprüfanlage, insbesondere zur Durchführung von Temperaturprüfungen, welche beispielsweise eine thermisch isolierte Prüfkammer 210 aufweist, in welcher ein Prüfobjekt 212 angeordnet ist, welches Kälte, insbesondere tiefen Temperaturen unterhalb einer Temperatur, von ungefähr 223 K liegt, ausgesetzt werden soll. A variant of a refrigerant circuit 10' according to the invention is, as shown in Fig. 33, part of a temperature testing system designated as a whole by 200, in particular for carrying out temperature tests, which has, for example, a thermally insulated test chamber 210 in which a test object 212 is arranged, which cold , in particular low temperatures below a temperature of about 223 K is to be exposed.
Hierzu ist in der Prüfkammer 210 beispielsweise ein gasförmiges Medium 214 angeordnet, welches das Prüfobjekt 12 umgibt und beispielsweise mittels einer Gebläseeinheit 216 umgewälzt wird. Das gasförmige Medium 214 wird zum Erreichen der tiefen Temperaturen durch den ersten Wärmeübertrager 30 gekühlt, welcher durch insbesondere in dem Kältemittelkreislauf 10' umgewälztes und von dem Verdichter 12 verdichtetes Kältemittel in gleicher weise und mit denselben Betriebsbedingungen, wie im Zusammenhang mit Fig. 1 erläutert, betrieben wird und insbesondere der Wärmeübertrager nach einem der voranstehenden Ausführungsbeispiele ausgebildet ist und betrieben wird. For this purpose, a gaseous medium 214 , for example, is arranged in the test chamber 210 , which medium surrounds the test object 12 and is circulated, for example, by means of a blower unit 216 . The gaseous medium 214 is cooled in order to reach the low temperatures by the first heat exchanger 30, which is circulated in particular in the refrigerant circuit 10 'and compressed by the compressor 12 refrigerant in the same way and with the same operating conditions, as explained in connection with Fig. 1, is operated and in particular the heat exchanger is designed and operated according to one of the preceding exemplary embodiments.
Allerdings ist in diesem Fall der Wärmeübertrager 18 zweigeteilt, nämlich umfassend einen Wärmeübertrager 18a, in welchem das durch den Verdichter 12 verdichtete Kältemittel zunächst durch Umgebungsluft gekühlt wird, um den Wärmestrom 22a abzugeben, und nachfolgend umfassend den Wärmeübertrager 18b, welcher durch eine als Ganzes nicht näher erläuterte Kälteanlage 220 gekühlt wird, um den Wärmestrom 220b aufzunehmen und das Kältemittel zu verflüssigen. However, in this case the heat exchanger 18 is divided into two, namely comprising a heat exchanger 18a, in which the refrigerant compressed by the compressor 12 is first cooled by ambient air in order to release the heat flow 22a, and subsequently comprising the heat exchanger 18b, which is not through a whole Refrigeration system 220 explained in more detail is cooled in order to absorb the heat flow 220b and to liquefy the refrigerant.
Allerdings zweigt bei diesem Ausführungsbeispiel von dem Kältekreislauf nach dem Wärmeübertrager 18b noch eine Zuleitung zu einem zweiten Wärmeübertrager 230 ab, in welcher ein Steuerventil 232 angeordnet ist, das einen Zufluss des Kältemittels zu dem zweiten Wärmeübertrager 230 steuert, wobei ein Rückfluss von dem Wärmeübertrager 230 zu dem Sauganschluss 14 des Kältemittelverdichters ein Rückschlagventil 234 aufweist. However, in this exemplary embodiment, a supply line to a second heat exchanger 230 branches off from the refrigeration circuit downstream of heat exchanger 18b, in which a control valve 232 is arranged, which controls an inflow of the refrigerant to the second heat exchanger 230, with a return flow from the heat exchanger 230 to the suction connection 14 of the refrigerant compressor has a non-return valve 234 .
Der zweite Wärmeübertrager 230 wird bei einem höheren Druckniveau betrieben, so dass in diesem bei der Aufnahme des Wärmestroms 228 aus dem Medium 214 in der Prüfkammer 210 keine Sublimation des Kältemittels erfolgt, sondern ein konventionelles Verdampfen desselben. Eine Steuerung 250 steuert über das Steuerventil 24 und das Steuerventil 232 den Zufluss von Kältemittel aus dem Kältemittelkreislauf 10, so dass entsprechend der geforderten Temperatur des Mediums 214 entweder der zweite Wärmeübertrager 230, beispielsweise bei Temperaturen über 220 K, oder der erste Wärmeübertrager 30, beispielsweise bei Temperaturen unter 220 K, zum Einsatz kommt. The second heat exchanger 230 is operated at a higher pressure level, so that when the heat flow 228 is absorbed from the medium 214 in the test chamber 210, there is no sublimation of the refrigerant, but conventional evaporation thereof. A controller 250 controls the inflow of refrigerant from refrigerant circuit 10 via control valve 24 and control valve 232 so that, depending on the required temperature of medium 214, either second heat exchanger 230, for example at temperatures above 220 K, or first heat exchanger 30, for example at temperatures below 220 K, is used.
Ferner ist beispielsweise der Prüfkammer 10 noch eine Heizung 214 zugeordnet, welche es erlaubt, die Prüfkammer 210 und somit das Prüfobjekt 212 gegebenenfalls auch aufzuheizen, um Temperaturzyklen zum Prüfen des Prüfobjekts 212 zu realisieren. Furthermore, for example, the test chamber 10 is also assigned a heater 214 which allows the test chamber 210 and thus the test object 212 to also be heated if necessary in order to implement temperature cycles for testing the test object 212 .
Vorzugsweise steuert die Steuerung 250 auch noch die Heizung 240 so, dass die Möglichkeit besteht, dass Medium 214 und auch das Objekt 212 vorgegebenen Temperaturzyklen auszusetzen. The controller 250 preferably also controls the heating 240 in such a way that there is the possibility of exposing the medium 214 and also the object 212 to predetermined temperature cycles.
Alternativ dazu ist bei einer weiteren Lösung vorgesehen, dass die Wärmeübertrager 30 und 230 mit einem Prüfmedium das flüssig, beispielsweise eine Sole, oder gasförmig oder ein phasenwechselndes Medium ist, dadurch Zusammenwirken, dass dieses die Wärmeübertrager 30, 230 und die Heizung 214 durchströmt und zu dem Prüfobjekt 212 geführt ist. Alternatively, another solution provides for the heat exchangers 30 and 230 to interact with a test medium that is liquid, for example a brine, or gaseous or a phase-changing medium, in that this medium flows through the heat exchangers 30, 230 and the heater 214 and to it the test object 212 is guided.

Claims

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P A T E N T A N S P R Ü C H E P A T E N T A N T L A G E S
1. Wärmeübertrager (30), umfassend einen eingangsseitig des Wärmeübertragers angeordneten Kältemittelverteiler, mindestens ein von dem Kältemittelverteiler (32) ausgehend verlaufendes einen Massenstrom des Kältemittels begrenzendes Düsenelement (34, 146), mindestens einen sich an das mindestens eine Düsenelement (34, 146) anschließenden Wärmeübertragerkanal (36), der seinerseits in einem Wärmeübertragerkörper (40) verläuft, und einen sich an den mindestens einen Wärmeübertragerkanal (36) auf dessen dem Düsenelement (34, 146) gegenüberliegender Seite anschließenden ausgangsseitig des Wärmeübertragers (30) angeordneten Kältemittelsammler (38). 1. Heat exchanger (30), comprising a refrigerant distributor arranged on the inlet side of the heat exchanger, at least one nozzle element (34, 146) running from the refrigerant distributor (32) and limiting a mass flow of the refrigerant, at least one nozzle element (34, 146) attached to the at least one nozzle element adjoining heat exchanger channel (36), which in turn runs in a heat exchanger body (40), and a refrigerant collector (38) arranged on the outlet side of the heat exchanger (30) and adjoining the at least one heat exchanger channel (36) on its side opposite the nozzle element (34, 146) .
2. Wärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeübertragerkörper (40) den mindestens einen Wärmeübertragerkanal (36) umfangsseitig umschließend ausgebildet ist. 2. The heat exchanger as claimed in claim 1, characterized in that the heat exchanger body (40) is designed to enclose the at least one heat exchanger channel (36) on the peripheral side.
3. Wärmeübertrager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeübertragerkörper (40) als Rohrkörper (50) ausgebildet ist. . Wärmeübertrager nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Wärmeübertragerkörper (40) ein Wärmeübertragerkanal (36) verläuft. 3. Heat exchanger according to claim 1 or 2, characterized in that the heat exchanger body (40) is designed as a tubular body (50). . Heat exchanger according to one of the preceding claims, characterized in that a heat exchanger channel (36) runs in the heat exchanger body (40).
5. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Wärmeübertragerkörper (40) eine Vielzahl von Wärmeübertragerkanälen (36) verläuft. 5. Heat exchanger according to one of claims 1 to 3, characterized in that a plurality of heat exchanger channels (36) runs in the heat exchanger body (40).
6. Wärmeübertrager nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Wärmeübertragerkanal (36) mindestens einen Strömungsumlenkbereich (92) aufweist. - 48 -6. Heat exchanger according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one heat exchanger channel (36) has at least one flow deflection area (92). - 48 -
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7. Wärmeübertrager nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Strömungsumlenkbereich (92) bezogen auf eine geradlinige Strömungsausbreitungsrichtung eine Strömungsumlenkung mit einem Winkel von mindestens 20° bewirkt. 7. The heat exchanger as claimed in claim 6, characterized in that each flow deflection region (92) effects a flow deflection at an angle of at least 20° with respect to a rectilinear direction of flow propagation.
8. Wärmeübertrager nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Strömungsumlenkbereich (92) bezogen auf eine geradlinige Strömungsausbreitungsrichtung eine Strömungsumlenkung mit einem Winkel von mindestens 40° bewirkt. 8. The heat exchanger as claimed in claim 7, characterized in that the respective flow deflection region (92) effects a flow deflection at an angle of at least 40° with respect to a rectilinear direction of flow propagation.
9. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Wärmeübertragerkanal (36) Strömungsumlenkbereiche (92) aufweist, die in einem Winkel zueinander verlaufende Kanalabschnitte (94) miteinander verbinden. 9. Heat exchanger according to one of claims 6 to 8, characterized in that the at least one heat exchanger channel (36) has flow deflection regions (92) which connect channel sections (94) running at an angle to one another.
10. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Wärmeübertragerkanal (36) mindestens einen gebogen verlaufenden Strömungsumlenkbereich (92') aufweist. 10. Heat exchanger according to one of claims 6 to 9, characterized in that the at least one heat exchanger channel (36) has at least one curved flow deflection area (92').
11. Wärmeübertrager nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine gebogen verlaufende Strömungsumlenkbereich (92') einen Krümmungsradius (R.) aufweist, der maximal ein 40-faches eines mittleren Durchmessers des Wärmeübertragerkanals (36) beträgt. 11. The heat exchanger as claimed in claim 10, characterized in that the at least one curved flow deflection area (92') has a radius of curvature (R.) which is at most 40 times an average diameter of the heat exchanger channel (36).
12. Wärmeübertrager nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Strömungsumlenkbereiche (92) in dem jeweiligen Wärmeübertragerkanal (36) aufeinanderfolgend angeordnet sind. - 49 -12. Heat exchanger according to claim 10 or 11, characterized in that several flow deflection areas (92) are arranged in succession in the respective heat exchanger channel (36). - 49 -
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13. Wärmeübertrager nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Wärmeübertragerkanal (36) sich zwischen einem diesen zugeordneten und vom Wärmeübertragerkörper (40) gebildeten und mit dem Kältemittelverteiler (32) verbundenen ersten Endbereich (42) und einem mit dem Kältemittelsammler (38) verbundenen zweiten Endbereich (44) erstreckt. 13. Heat exchanger according to one of the preceding claims, characterized in that the respective heat exchanger channel (36) is formed between a first end region (42) associated therewith and formed by the heat exchanger body (40) and connected to the refrigerant distributor (32) and a first end region (42) connected to the refrigerant collector ( 38) connected second end region (44).
14. Wärmeübertrager nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Endbereich (42) des Wärmeübertragerkörpers (40) in den Kältemittelverteiler (32) eingreifend angeordnet ist. 14. Heat exchanger according to claim 13, characterized in that the first end region (42) of the heat exchanger body (40) is arranged engaging in the refrigerant distributor (32).
15. Wärmeübertrager nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Endbereich (42) in eine Aufnahme (35) des Kältemittelverteilers (32) eingreift. 15. Heat exchanger according to claim 13 or 14, characterized in that the first end region (42) engages in a receptacle (35) of the coolant distributor (32).
16. Wärmeübertrager nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahme (35) an einer Wand (33) des Kältemittelverteilers (32) angeordnet ist. 16. Heat exchanger according to claim 15, characterized in that the receptacle (35) is arranged on a wall (33) of the refrigerant distributor (32).
17. Wärmeübertrager nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahme (35) einen Stirnwandbereich (64) des Wärmeübertragerkörpers (40) aufnimmt. 17. Heat exchanger according to claim 15 or 16, characterized in that the receptacle (35) accommodates an end wall area (64) of the heat exchanger body (40).
18. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahme (35) den Wärmeübertragerkörper (40) im Bereich seiner Außenkontur (52) zumindest im Bereich eines Umfangssegments umfasst. 18. Heat exchanger according to one of claims 15 to 17, characterized in that the receptacle (35) comprises the heat exchanger body (40) in the area of its outer contour (52) at least in the area of a peripheral segment.
19. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Düsenelement (34) von einem an den Wärmeübertragerkanal (36) angrenzenden Bereich der Aufnahme (35) bis zu dem Innenraum (46) des Kältemittelverteilers (32) erstreckt. - 50 -19. Heat exchanger according to one of claims 15 to 18, characterized in that the nozzle element (34) extends from a region of the receptacle (35) adjoining the heat exchanger channel (36) to the interior (46) of the refrigerant distributor (32). - 50 -
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20. Wärmeübertrager nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der erste Endbereich (42) des Wärmeübertragerkörpers (40) bis in einen Innenraum (46) des Kältemittelverteilers (32) erstreckt. 20. Heat exchanger according to one of the preceding claims, characterized in that the first end region (42) of the heat exchanger body (40) extends into an interior (46) of the refrigerant distributor (32).
21. Wärmeübertrager nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass an dem ersten Endbereich der jeweilige Wärmeübertragerkanal (36) durch eine Verprägung von mindestens einem Wandbereich (56) des Wärmeübertragerkörpers (40) verschlossen ist. 21. Heat exchanger according to claim 20, characterized in that the respective heat exchanger channel (36) is closed at the first end area by an embossing of at least one wall area (56) of the heat exchanger body (40).
22. Wärmeübertrager nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass der durch die Verprägung umgeformte mindestens eine Wandbereich (56) des Wärmeübertragerkörpers (40) innerhalb einer Außenkontur (52) des Wärmeübertragerkörpers (50) liegt. 22. Heat exchanger according to claim 21, characterized in that the at least one wall region (56) of the heat exchanger body (40) formed by the embossing lies within an outer contour (52) of the heat exchanger body (50).
23. Wärmeübertrager nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Verprägung des Wandbereichs (56) des Wärmeübertragerkörpers (40) als einseitige Verprägung bei teilweisem Erhalt einer diesem gegenüberliegenden Außenkontur (52) des Wärmeübertragerkörpers (50) ausgebildet ist. 23. Heat exchanger according to claim 21 or 22, characterized in that the embossing of the wall region (56) of the heat exchanger body (40) is designed as a one-sided embossing with partial preservation of an outer contour (52) of the heat exchanger body (50) opposite thereto.
24. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 21 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Verprägung als mehrseitige Verprägung von Wandbereichen (56a, 56b) des Wärmeübertragerkörpers (50') ausgebildet ist. 24. Heat exchanger according to one of claims 21 to 23, characterized in that the embossing is designed as a multi-sided embossing of wall regions (56a, 56b) of the heat exchanger body (50').
25. Wärmeübertrager nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Düsenelement als Düsenkanal (34) ausgebildet ist. 26. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 19 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass an dem ersten Endbereich (42) mindestens ein Düsenelement (40, 146) zur Zufuhr von Kältemittel zu dem jeweiligen Wärmeübertragerkanals (36) angeordnet ist. 25. Heat exchanger according to one of the preceding claims, characterized in that the nozzle element is designed as a nozzle channel (34). 26. Heat exchanger according to one of claims 19 to 25, characterized in that at least one nozzle element (40, 146) for supplying refrigerant to the respective heat exchanger channel (36) is arranged on the first end region (42).
27. Wärmeübertrager nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass das Düsenelement (34) in den Endbereich (42) eingearbeitet ist. 27. Heat exchanger according to claim 26, characterized in that the nozzle element (34) is incorporated into the end region (42).
28. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 21 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass das Düsenelement (34) im Bereich eines durch die Verprägung deformierten Wandbereichs (56, 64) angeordnet ist. 28. Heat exchanger according to one of claims 21 to 27, characterized in that the nozzle element (34) is arranged in the area of a wall area (56, 64) deformed by the embossing.
29. Wärmeübertrager nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass das Düsenelement (34) in einen durch die Verprägung gebildeten Stirnwandbereich (64) eingearbeitet ist. 29. Heat exchanger according to claim 28, characterized in that the nozzle element (34) is incorporated into an end wall region (64) formed by the embossing.
30. Wärmeübertrager nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass das Düsenelement (34) durch einen Düsenkanalformkörper (72) gebildet ist, gegen welchen das Verprägen des mindestens einen Wandbereichs (56) erfolgt ist. 30. Heat exchanger according to claim 28, characterized in that the nozzle element (34) is formed by a nozzle channel shaped body (72), against which the embossing of the at least one wall region (56) has taken place.
31. Wärmeübertrager nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 oder nach einem der voranstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Wärmeübertragerkanäle (36) dem Wärmeübertragerkörper (40') nebeneinander in einer Ebene liegen, in welcher sich der Wärmeübertragerkörper (40') plattenförmig erstreckt. 31. Heat exchanger according to the preamble of claim 1 or according to one of the preceding claims, characterized in that a plurality of heat exchanger channels (36) lie next to the heat exchanger body (40') in a plane in which the heat exchanger body (40') extends in the form of a plate.
32. Wärmeübertrager nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Wärmeübertragerkörper (40') in einer Stapelrichtung (102) übereinanderliegend mit zueinander parallelen Erstreckungsebenen angeordnet sind. 33. Wärmeübertrager nach Anspruch 31 oder 32, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Wärmeübertragerkörper (40') mit einem sich in der Stapelrichtung (102) erstreckenden Kältemittelverteiler (32') verbunden sind. 32. The heat exchanger as claimed in claim 31, characterized in that a plurality of heat exchanger bodies (40′) are arranged one above the other in a stacking direction (102) with extension planes parallel to one another. 33. Heat exchanger according to claim 31 or 32, characterized in that the plurality of heat exchanger bodies (40') are connected to a refrigerant distributor (32') extending in the stacking direction (102).
34. Wärmeübertrager nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Wandbereich des Kältemittel Verteilers (32), an welchen mindestens ein Wärmeübertragerkanal (36) des Wärmeübertragerkörpers (40') angrenzt, ein Düsenelement (34) zur Zufuhr von Kältemittel in den jeweiligen Wärmeübertragerkanal (36) angeordnet ist. 34. Heat exchanger according to claim 33, characterized in that in a wall area of the refrigerant distributor (32) on which at least one heat exchanger channel (36) of the heat exchanger body (40') adjoins, a nozzle element (34) for supplying refrigerant into the respective heat exchanger channel (36) is arranged.
35. Wärmeübertrager nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Wärmeübertragerkanäle (36) mit ihren ersten Endbereichen (42) an die Düsenelemente (34) anschließen und mit ihren zweiten Endbereichen (44') in den Kältemittelsammler (38') münden. 35. Heat exchanger according to one of the preceding claims, characterized in that the heat exchanger channels (36) connect with their first end regions (42) to the nozzle elements (34) and with their second end regions (44') open into the refrigerant collector (38'). .
36. Wärmeübertrager nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, dass der Kältemittelsammler (38') sich in der Stapelrichtung (102) erstreckt. 36. Heat exchanger according to claim 35, characterized in that the refrigerant collector (38') extends in the stacking direction (102).
37. Wärmeübertrager nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 oder nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeübertragerkanäle (36) zwischen einem einen Kanal für wärmeabgebendes Medium umschließenden Innenkörper (122) und einem den Innenkörper (122) auf seiner dem wärmeabgebenden Medium gegenüberliegenden Seite umschließenden Außenkörper (124) verlaufen, und dass im Bereich einer ersten Endseite des Innenkörpers (122) und des Außenkörpers (124) der Kältemittelverteiler (32'") angeordnet ist und im Bereich einer der ersten Endseite gegenüberliegenden zweiten Endseite des Innenkörpers (122) und des Außenkörpers (124) der Kältemittelsammler (38'") angeordnet ist. - 53 -37. Heat exchanger according to the preamble of claim 1 or according to one of the preceding claims, characterized in that the heat exchanger channels (36) between an inner body (122) enclosing a channel for heat-emitting medium and an inner body (122) on its side opposite the heat-emitting medium side enclosing the outer body (124), and that the refrigerant distributor (32'') is arranged in the area of a first end side of the inner body (122) and the outer body (124) and in the area of a second end side of the inner body (122) opposite the first end side and of the outer body (124) the refrigerant collector (38''') is arranged. - 53 -
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38. Wärmeübertrager nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsenelemente (34) in einem zwischen dem Innenkörper (122) und dem Außenkörper (124) liegenden Düsenelementträger (128) angeordnet sind und dass jeweils mindestens ein Düsenelement (34) in einen der Wärmeübertragerkanäle (36) mündet. 38. The heat exchanger according to claim 37, characterized in that the nozzle elements (34) are arranged in a nozzle element carrier (128) located between the inner body (122) and the outer body (124) and that at least one nozzle element (34) in each case is in one of the heat exchanger channels (36) flows.
39. Wärmeübertrager nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, dass ein den Massenstrom des Kältemittels begrenzendes Düsenelement (146) im Kältemittelverteiler (32"') angeordnet ist und sämtlichen Wärmeübertragerkanälen (36) Kältemittel zuführt. 0. Wärmeübertrager nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein wärmeabgebendes Medium durch den jeweiligen Wärmeübertragerkörper (40) hindurch dem Kältemittel in dem jeweiligen Wärmeübertragerkanal (36) Wärme zuführt. 1. Wärmeübertrager nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Wärmeübertragerkörper (40) in direktem Kontakt mit dem wärmeübertragenden Medium steht. 2. Wärmeübertrager nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeübertrager (30) im Bereich des Kältemittelvertei lers (32) mit einer insbesondere diesen umschließenden thermischen Isolation (86) versehen ist. 3. Kältemittelkreislauf (10) umfassend einen Kältemittelverdichter (12), einen dem verdichteten Kältemittel Wärme entziehenden Wärmeübertrager (18), und einen mit dem verdichteten Kältemittel gespeisten wärmeaufnehmenden Wärmeübertrager (30), der gemäß einem der voranstehenden Ansprüche ausgebildet ist. - 54 -39. Heat exchanger according to claim 37, characterized in that a nozzle element (146) limiting the mass flow of the refrigerant is arranged in the refrigerant distributor (32''') and supplies refrigerant to all heat exchanger channels (36). 0. Heat exchanger according to one of the preceding claims, characterized that a heat-emitting medium supplies heat through the respective heat exchanger body (40) to the refrigerant in the respective heat exchanger channel (36) 1. Heat exchanger according to Claim 40, characterized in that the at least one heat exchanger body (40) is in direct contact with the heat-exchanging medium 2. Heat exchanger according to one of the preceding claims, characterized in that the heat exchanger (30) is provided in the region of the refrigerant distributor (32) with thermal insulation (86) surrounding it in particular (12), one to the verdic Heten refrigerant heat extracting heat exchanger (18), and fed with the compressed refrigerant heat absorbing heat exchanger (30), which is designed according to one of the preceding claims. - 54 -
WO 2022/101140 PCT/EP2021/080954 4. Kältemittelkreislauf nach Anspruch 43, dadurch gekennzeichnet, dass das in dem Kältemittelkreislauf (10) dem Kältemittelverteiler (32) zugeführtes Kältemittel einen über einem Tripelpunkt des Kältemittels liegenden Druck aufweist und mit diesem in den Kältemittelverteiler (32) eintritt. 5. Kältemittelkreislauf nach Anspruch 43 oder 44, dadurch gekennzeichnet, dass in den Wärmeübertragerkanälen (36) ein Druck des Kältemittels vorliegt, welcher unterhalb des Tripelpunkt des Kältemittels liegt und dass der Kältemittelsammler (38) mit einer Saugseite (14) des Kältemittelverdichters (12) verbunden ist. 6. Kältemittelkreislauf nach Anspruch 43 bis 45, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Kältemittelkreislauf (10) eine Zufuhr von Kältemittel in den Kältemittelverteiler (32) in einem überkritischen Zustand desselben erfolgt. 7. Kältemittelkreislauf nach einem der Ansprüche 43 bis 46, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Kältemittelkreislauf (10) eine Zufuhr von Kältemittel mit einer flüssigen und einer gasförmigen Phase in den Kältemittelverteiler (32) erfolgt. 8. Kältemittelkreislauf nach einem der Ansprüche 43 bis 47, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Kältemittelkreislauf (10) eine Zufuhr von Kältemittel in der flüssigen Phase in den Kältemittelverteiler (32) erfolgt. 9. Kältemittelkreislauf nach einem der Ansprüche 43 bis 48, dadurch gekennzeichnet, dass das Kältemittel in den Wärmeübertragerkanälen (36) bei einem einem Sublimationsdruck des Kältemittels entsprechenden Druck vorliegt. - 55 -WO 2022/101140 PCT/EP2021/080954 4. Refrigerant circuit according to Claim 43, characterized in that the refrigerant supplied to the refrigerant circuit (10) has a pressure above a triple point of the refrigerant distributor (32) and with this in the refrigerant distributor ( 32) occurs. 5. Refrigerant circuit according to Claim 43 or 44, characterized in that the pressure of the refrigerant in the heat exchanger channels (36) is below the triple point of the refrigerant and that the refrigerant collector (38) is connected to a suction side (14) of the refrigerant compressor (12) connected is. 6. Refrigerant circuit according to claim 43 to 45, characterized in that in the refrigerant circuit (10) a supply of refrigerant into the refrigerant distributor (32) takes place in a supercritical state of the same. 7. Refrigerant circuit according to one of claims 43 to 46, characterized in that in the refrigerant circuit (10) there is a supply of refrigerant with a liquid and a gaseous phase in the refrigerant distributor (32). 8. Refrigerant circuit according to one of claims 43 to 47, characterized in that in the refrigerant circuit (10) there is a supply of refrigerant in the liquid phase in the refrigerant distributor (32). 9. Refrigerant circuit according to one of claims 43 to 48, characterized in that the refrigerant in the heat exchanger channels (36) is present at a pressure corresponding to a sublimation pressure of the refrigerant. - 55 -
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50. Kältemittelkreislauf nach einem der Ansprüche 43 bis 49, dadurch gekennzeichnet, dass das Düsenelement (34) derart dimensioniert ist, dass in diesem keine Expansion des Kältemittels auf einem Druck unterhalb des Tripelpunkts desselben erfolgt. 50. Refrigerant circuit according to one of claims 43 to 49, characterized in that the nozzle element (34) is dimensioned such that there is no expansion of the refrigerant at a pressure below the triple point of the same.
51. Temperaturprüfanlage, dadurch gekennzeichnet, dass diese einen Kältemittelkreislauf (10) nach einem der Ansprüche 43 bis 50 aufweist, und dass der wärmeaufnehmende erste Wärmeübertrager (30) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 42 mit einem auf ein Prüfobjekt wirkenden Medium (214), insbesondere angeordnet in einer Prüfkammer (210) zusammenwirkt. 51. Temperature testing system, characterized in that it has a refrigerant circuit (10) according to one of claims 43 to 50, and that the heat-absorbing first heat exchanger (30) according to one of claims 1 to 42 with a medium acting on a test object (214), arranged in particular in a test chamber (210).
52. Temperaturprüfanlage nach Anspruch 51, dadurch gekennzeichnet, dass der Kältemittelkreislauf einen zweiten Wärmeübertrager (230) verdichtetes Kältemittel zuführt, in welchem dieses bei einem Druck verdampft, welcher über dem Druck des Tripelpunkts des Kältemittels liegt. 52. Temperature test system according to claim 51, characterized in that the refrigerant circuit supplies compressed refrigerant to a second heat exchanger (230), in which this evaporates at a pressure which is above the pressure of the triple point of the refrigerant.
53. Verfahren zum Betreiben eines Kältemittelkreislaufs (10) umfassend einen Kältemittelverdichter (12), einen dem verdichteten Kältemittel Wärme entziehenden Wärmeübertrager (18) und einen mit dem verdichteten Kältemittels gespeisten wärmeaufnehmenden Wärmeübertrager (30), der gemäß einem der voranstehenden Ansprüche ausgebildet ist, wobei in dem Kältemittelkreislauf (10) dem Kältemittelverteiler (32) das Kältemittel bei einem über einem Tripelpunkt des Kältemittels liegenden Druck zugeführt wird. 53. A method for operating a refrigerant circuit (10) comprising a refrigerant compressor (12), a heat exchanger (18) extracting heat from the compressed refrigerant and a heat-absorbing heat exchanger (30) fed with the compressed refrigerant, which is designed according to one of the preceding claims, wherein in the refrigerant circuit (10), the refrigerant is supplied to the refrigerant distributor (32) at a pressure above a triple point of the refrigerant.
54. Verfahren nach Anspruch 53, dadurch gekennzeichnet, dass in den Wärmeübertragerkanälen (36) ein Druck des Kältemittels aufrecht erhalten wird, welcher unterhalb des Tripelpunkt des Kältemittels liegt. - 56 -54. The method according to claim 53, characterized in that a pressure of the refrigerant is maintained in the heat exchanger channels (36), which is below the triple point of the refrigerant. - 56 -
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55. Verfahren nach Anspruch 53 oder 54, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Kältemittelkreislauf (10) das Kältemittel dem Kältemittelverteiler (32) in einem überkritischen Zustand desselben zugeführt wird. 55. The method according to claim 53 or 54, characterized in that in the refrigerant circuit (10) the refrigerant is supplied to the refrigerant distributor (32) in a supercritical state thereof.
56. Verfahren nach einem der Ansprüche 53 bis 55, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Kältemittelkreislauf (10) das Kältemittel mit einer flüssigen und einer gasförmigen Phase dem Kältemittelverteiler (32) zugeführt wird. 56. The method according to any one of claims 53 to 55, characterized in that in the refrigerant circuit (10) the refrigerant is supplied with a liquid and a gaseous phase to the refrigerant distributor (32).
57. Verfahren nach einem der Ansprüche 53 bis 56, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Kältemittelkreislauf (10) das Kältemittel in der flüssigen Phase dem Kältemittelverteiler (32) zugeführt wird. 57. The method according to any one of claims 53 to 56, characterized in that in the refrigerant circuit (10) the refrigerant is supplied in the liquid phase to the refrigerant distributor (32).
58. Verfahren nach einem der Ansprüche 53 bis 57, dadurch gekennzeichnet, dass das Kältemittel in den Wärmeübertragerkanälen (36) auf einem einem Sublimationsdruck des Kältemittels entsprechenden Druck gehalten wird. 58. The method according to any one of claims 53 to 57, characterized in that the refrigerant in the heat exchanger channels (36) is kept at a pressure corresponding to a sublimation pressure of the refrigerant.
59. Verfahren nach einem der Ansprüche 53 bis 58, dadurch gekennzeichnet, dass dem Düsenelement (34) das Kältemittel mit einem derartigen Druck zugeführt und in diesem geführt wird, dass in diesem keine Expansion des Kältemittels auf einem Druck unterhalb des Tripelpunkts desselben erfolgt. 59. The method according to any one of claims 53 to 58, characterized in that the nozzle element (34) is supplied with the refrigerant at such a pressure and is guided in this that there is no expansion of the refrigerant to a pressure below the triple point of the same.
60. Verfahren zum Betreiben einer Temperaturprüfanlage, welche einen Kältemittelkreislauf (10') nach einem der Ansprüche 43 bis 50, und einem wärmeaufnehmenden ersten Wärmeübertrager (30) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 42 aufweist, der mit einem Medium (214), insbesondere in einer Prüfkammer (210) desselben, zusammenwirkt, und bei welchem der Kältemittelkreislauf (10') gemäß einem Verfahren nach einem der Ansprüche 53 bis 59 betrieben wird. - 57 -60. Method for operating a temperature testing system, which has a refrigerant circuit (10') according to one of Claims 43 to 50, and a heat-absorbing first heat exchanger (30) according to one of Claims 1 to 42, which is connected to a medium (214), in particular in a test chamber (210) thereof, and in which the refrigerant circuit (10') is operated according to a method according to one of Claims 53 to 59. - 57 -
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61. Verfahren zum Betreiben einer Temperaturprüfanlage nach61. Procedure for operating a temperature testing system
Anspruch 60, dadurch gekennzeichnet, dass von dem Kältemittelkreislauf (10') einem zweiten mit dem Medium (214) zusammenwirkenden Wärmeübertrager (230) verdichtetes Kältemittel zugeführt und in diesem bei einem Druck verdampft wird, welcher insbesondere über dem Druck des Tripelpunkts des Kältemittels liegt. Claim 60, characterized in that compressed refrigerant is fed from the refrigerant circuit (10') to a second heat exchanger (230) interacting with the medium (214) and is evaporated therein at a pressure which is in particular above the pressure of the triple point of the refrigerant.
62. Verfahren nach Anspruch 61, dadurch gekennzeichnet, dass entweder der erste Wärmeübertrager (30) oder der zweite Wärmeübertrager (230) mit Kältemittel aus dem Kältemittelkreislauf (10') gespeist werden. 62. The method according to claim 61, characterized in that either the first heat exchanger (30) or the second heat exchanger (230) is fed with refrigerant from the refrigerant circuit (10').
63. Verfahren nach Anspruch 62, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Wärmeübertrager (30) oder der zweite Wärmeübertrager (230) von einer Steuerung in Abhängigkeit von der Temperatur des Mediums (214) mit Kältemittel gespeist werden. 63. The method as claimed in claim 62, characterized in that the first heat exchanger (30) or the second heat exchanger (230) is fed with refrigerant by a controller depending on the temperature of the medium (214).
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