EP4506625A1 - Wärmepumpe - Google Patents

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EP4506625A1
EP4506625A1 EP24193111.2A EP24193111A EP4506625A1 EP 4506625 A1 EP4506625 A1 EP 4506625A1 EP 24193111 A EP24193111 A EP 24193111A EP 4506625 A1 EP4506625 A1 EP 4506625A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
heat
drip tray
pulsating
heat pipe
pipe
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP24193111.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Olaf Ohlhafer
Bastian Vogt
Yannick Fabian FREY
Philipp KOTMAN
Sebastian Martens
Fabian Schmid
Maximilian Elfner
Petra Weinbrecht
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.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP4506625A1 publication Critical patent/EP4506625A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D19/00—Details
    • F24D19/0095—Devices for preventing damage by freezing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D19/00—Details
    • F24D19/08—Arrangements for drainage, venting or aerating
    • F24D19/082—Arrangements for drainage, venting or aerating for water heating systems
    • F24D19/088—Draining arrangements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F13/00—Details common to, or for air-conditioning, air-humidification, ventilation or use of air currents for screening
    • F24F13/22—Means for preventing condensation or evacuating condensate
    • F24F13/222—Means for preventing condensation or evacuating condensate for evacuating condensate
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    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
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    • F24H15/10—Control of fluid heaters characterised by the purpose of the control
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    • F24H4/00—Fluid heaters characterised by the use of heat pumps
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    • F24H9/17—Means for retaining water leaked from heaters
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
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    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
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    • F25D21/00—Defrosting; Preventing frosting; Removing condensed or defrost water
    • F25D21/14—Collecting or removing condensed and defrost water; Drip trays
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D15/00—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
    • F28D15/02—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
    • F28D15/0266—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes with separate evaporating and condensing chambers connected by at least one conduit; Loop-type heat pipes; with multiple or common evaporating or condensing chambers
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    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D2200/00—Heat sources or energy sources
    • F24D2200/12—Heat pump
    • F24D2200/123—Compression type heat pumps

Definitions

  • Heat pumps are known from the state of the art. They can be part of a building heating system and/or a building cooling system. Alternatively, they can be part of a refrigerator or freezer. During operation, heat pumps can absorb a heat flow at a low temperature level, for example from ambient air, and release it at a high temperature level, for example to a consumer, using electrical compressor power. In an air-water heat pump, humidity (water vapor) contained in the ambient air can condense on an evaporator surface of the heat pump to form condensate, and possibly even freeze to form condensate ice.
  • the condensate and condensate ice drip and fall into a drip tray assigned to the heat pump evaporator, where they are caught and collected and drained via an outlet on the drip tray from the drip tray and/or from the heat pump housing and/or into a drain line or drain pit.
  • the condensate in the drip tray can freeze to form condensate ice. Freezing of the condensate in the drip tray should be avoided in order to ensure that the condensate is drained away. Heating the drip tray to liquefy the condensate ice and/or to keep the condensate liquid using an electric heating element has a low energy efficiency.
  • the invention relates to a heat pump, in particular an air-water heat pump, with a drip tray for collecting, collecting and/or Draining condensate.
  • the drip tray can be assigned to an evaporator of the heat pump.
  • the heat pump comprises at least one pulsating heat pipe for heating the drip tray, wherein the at least one pulsating heat pipe connects the drip tray to at least one heat source - in particular in a heat-conducting and/or heat-transferring manner.
  • the invention allows ice to be liquefied in the drip tray and/or condensate to be kept liquid in the drip tray. This ensures that condensate is safely drained out of the heat pump housing.
  • condensate can be evaporated in the drip tray.
  • the heat pump comprises a refrigerant circuit through which a refrigerant flows in a circuit.
  • the heat pump comprises in particular the components through which the refrigerant flows: evaporator, compressor, condenser and expansion device (for example an expansion valve) as well as pipe elements for connecting the aforementioned components to the refrigerant circuit.
  • the heat pump can further comprise in particular the following components: an intermediate heat exchanger, control electronics, power electronics, an inverter, a pipe element of a connection device for connecting the heat pump to an external consumer, for example a heating circuit and/or cooling circuit.
  • the drip tray has in particular a base, an outlet opening in the base for draining the condensate from the drip tray and at least one side wall and forms a container that is open upwards in the direction of gravity and in which the drops of condensate falling from the heat pump evaporator are collected.
  • the fact that the drip tray is assigned to the evaporator of the heat pump can be understood here in particular to mean that the drip tray is positioned in the ready-to-use position of the heat pump, in particular directly, in the direction of gravity below the evaporator.
  • a maximum width and a maximum length of the drip tray, in particular a surface of the base takes up at least one projection surface of the evaporator in the direction of gravity.
  • a pulsating heat pipe is to be understood here in particular as a device for heat transfer and/or heat transport.
  • the mechanism of heat transfer or heat transport is based in particular on convection internal to the pulsating heat pipe.
  • the pulsating heat pipe is also called an oscillating heat pipe.
  • the pulsating heat pipe is integrated into the heat pump with the aim of conducting heat from a heat source to the drip tray.
  • the pulsating heat pipe is connected to both the heat source and the drip tray in a heat-transfer manner.
  • the pulsating heat pipe comprises at least one tubular microchannel, the diameter of which is advantageously in the range of approximately 0.5 millimeters to 2 millimeters.
  • a channel structure comprising the microchannel is in particular ring-shaped and closed in itself.
  • the microchannel is, in particular partially, filled with a working fluid, in particular a coolant.
  • a working fluid in particular a coolant.
  • the fact that the microchannel is partially filled with a working fluid is to be understood here as meaning that - if the working fluid at least partially has a liquid phase - this liquid phase only fills the microchannel in sections. Other sections of the microchannel can be filled with a gaseous phase of the working fluid.
  • the microchannel runs both along the heat source and along the drip tray and is connected to both the heat source and the drip tray in a heat-conducting and/or heat-transferring manner. When heat from the heat source is introduced into the working fluid, the working fluid evaporates locally and pressure gradients arise that transport the working fluid through the microchannel.
  • the vapor bubbles migrate from the point of heat introduction through the microchannel to the drip tray and condense there. The heat is thereby released to the drip tray. Overall, the heat absorbed at the heat source is distributed to the drip tray, with only a small temperature difference occurring between the evaporator section and the condenser section of the pulsating heat pipe.
  • the heat source is advantageously a heat source internal to the heat pump or a waste heat source and in particular comprises at least one component of the heat pump.
  • the heat transfer with the pulsating heat pipe is based on the evaporating working fluid, which absorbs heat from the heat source on the warm side of the pulsating heat pipe by means of evaporation and creates pressure gradients that drive the working fluid through the narrow microchannel.
  • the working fluid condenses on the drip tray on the cold side of the pulsating heat pipe and thus transfers the heat.
  • the heat transfer with the pulsating heat pipe is not subject to the effect of gravity, so the pulsating heat pipe can be arranged very freely and independently of the direction of gravity in the heat pump. Due to the working fluid, which can be a coolant, the pulsating heat pipe is also not subject to the risk of frost.
  • the pulsating heat pipe cannot therefore be compared to a conventional heat pipe.
  • the working fluid of a conventional heat pipe mostly consists of water.
  • the conventional heat pipe uses gravity and/or capillary forces to distribute the working fluid and transfer heat.
  • the position dependency of the conventional heat pipe must be taken into account.
  • the condensed liquid working fluid flows downwards due to gravity, the evaporated gaseous coolant flows upwards.
  • the heat source must therefore always be arranged below the heat sink.
  • the connection is a heat-conducting and/or heat-transferring connection.
  • the connection can be made in particular due to intimate contact that occurs under pressure or by means of soldering, welding or gluing.
  • a heat-conducting and/or heat-transferring connection can also be created by means of a thermal interface material, for example a thermal paste, a thermal mat or a thermal pad.
  • At least one pulsating heat pipe can be understood to mean exactly one pulsating heat pipe.
  • at least one pulsating heat pipe can also be understood to mean two or more pulsating heat pipes.
  • the two or more pulsating heat pipes can be arranged in parallel with respect to the heat flows conveyed through them, so that each of the two or more pulsating heat pipes connects the drip tray to at least one heat source.
  • the two or more pulsating heat pipes can be arranged in series, so that a first pulsating heat pipe contacts the drip tray in a heat-conducting manner and a second pulsating heat pipe contacts the at least one heat source.
  • the at least one heat source is selected from a group of components of the heat pump, comprising an evaporator, a compressor, a condenser, an intermediate heat exchanger, control electronics, power electronics, an inverter, a pipe element of a refrigerant circuit, in particular of the heat pump, a pipe element of a connection device for connecting the heat pump to an external consumer, for example a heating circuit and/or cooling circuit.
  • a group of components of the heat pump comprising an evaporator, a compressor, a condenser, an intermediate heat exchanger, control electronics, power electronics, an inverter, a pipe element of a refrigerant circuit, in particular of the heat pump, a pipe element of a connection device for connecting the heat pump to an external consumer, for example a heating circuit and/or cooling circuit.
  • At least one heat source can be understood to mean exactly one heat source. Alternatively, at least one heat source can also be understood to mean two or more heat sources.
  • the aforementioned components of the heat pump can give off heat during operation.
  • the waste heat from at least one of the components of the heat pump can advantageously be used as heat to heat the drip tray.
  • the waste heat is generated during operation of the heat pump and remains unused in the current state of the art. By using it and simultaneously saving an additional heat source, the efficiency of the heat pump increases.
  • the heat-emitting component is effectively cooled, which results in another additional benefit for the component.
  • the heat-emitting component is also referred to here as the component to be cooled.
  • a possible piping element of the refrigerant circuit is a section of the refrigerant circuit located downstream of the condenser and upstream of the expansion device.
  • a return connection of a heating circuit or cooling circuit is particularly suitable as a possible piping element of a connection device for connecting the heat pump to an external consumer.
  • the at least one heat source is an electrical heating element.
  • the drip tray can be heated effectively and safely via at least one pulsating heat pipe.
  • An electrical heating element is understood here to mean, in particular, an electrical device for generating a heat flow.
  • the heating element is supplied with electrical energy (electrical current).
  • the electrical energy can be regulated so that the heat flow can also be regulated.
  • the heat flow can be transferred to a pulsating heat pipe, for example.
  • both the electrical heating element and a component of the heat pump to be cooled represent a heat source for at least one pulsating heat pipe. In this way, a higher overall heat output can be introduced into the pulsating heat pipe.
  • the electric heating element is intended as the sole heat source of the pulsating heat pipe.
  • the advantage of this variant is that the heat can be distributed optimally and homogeneously on and/or in the drip tray.
  • the pulsating heat pipe forms The drip tray itself.
  • the pulsating heat pipe ensures optimal heat distribution within the drip tray.
  • the drip tray can be thermally insulated at the bottom.
  • the component to be cooled can be operated in an energy-inefficient manner, so that more waste heat is generated than with energy-efficient operation.
  • the component to be cooled then takes over the function of the electrical heating and an electrical heating element can be dispensed with as an additional component.
  • the heat pump comprises a further electrical heating element, wherein the further electrical heating element is arranged on the drip tray and/or integrated into the drip tray and is intended to heat the drip tray, in particular directly.
  • a further electrical heating element can be arranged on the drip tray as a further heat source.
  • the further electrical heating element is provided in particular to heat the drip tray directly.
  • the drip tray can be heated with the further electrical heating element alone without introducing a heat flow Q by means of the pulsating heat pipe.
  • the drip tray can be heated with the further electrical heating element at the same time (in addition) to introducing a heat flow Q by means of the pulsating heat pipe.
  • the additional electrical heating element should be designed in such a way that it can heat the entire drip tray, thus preventing local ice formation.
  • the pulsating heat pipe that transfers waste heat and the additional electrical heating element thus form a hybrid heating system for the drip tray. This can be of interest at those operating points of the heat pump where there is no or insufficient waste heat available to adequately heat the drip tray.
  • the temperature of the electrical heating element and/or the additional electrical heating element can be regulated to the temperature of the component to be cooled based on its electrical current supply. If the temperature of the component to be cooled is above a predefined temperature, the electrical heating element is not supplied with current. If the temperature is below another predefined temperature, the electrical heating element is supplied with current in such a way that the temperature rises above the predefined temperature again.
  • the power supply to the electrical heating element and/or the further electrical heating element for the purpose of generating heat can also be controlled based on a predefined target temperature of the drip tray.
  • the power supply to the electric heating element and/or the additional electric heating element for the purpose of generating heat can be controlled based on the temperature of the drip tray. It may be useful to keep the drip tray at a temperature, particularly just above the freezing point (0 °C) of the condensate.
  • the pulsating heat pipe has at least one first heat exchanger section for heat-conducting connection to one or more heat sources and/or at least one second heat exchanger section for heat-conducting connection to the drip tray.
  • the first heat exchanger section can be connected to the heat source, in particular to a component of the heat pump that heats up during heat pump operation.
  • the first heat exchanger section serves in particular to absorb heat from the heat source and to evaporate the liquid working fluid.
  • the first heat exchanger section can in particular function as an evaporator section of the pulsating heat pipe.
  • the first heat exchanger section includes a first channel structure section with a first section of the microchannel.
  • the pulsating heat pipe can also have two or more first heat exchanger sections.
  • the two or more first heat exchanger sections can be connected to one and the same heat source.
  • the two or more first heat exchanger sections can be connected to two or more heat sources.
  • the second heat exchanger section can be connected to the drip tray.
  • the second heat exchanger section serves in particular to condense the vaporous working fluid and to release heat to the drip tray.
  • the second heat exchanger section can in particular function as a condenser section of the pulsating heat pipe.
  • the second heat exchanger section comprises a second channel structure section with a second section of the microchannel.
  • the pulsating heat pipe can also have two or more second heat exchanger sections.
  • the two or more second heat exchanger sections can be connected to two or more sections of the drip tray.
  • a second heat exchanger section can be connected to a bottom of the drip tray.
  • Another second heat exchanger section can be connected to a side wall of the drip tray.
  • An intermediate heat exchanger section which can also be referred to as an adiabatic zone, can be arranged between the first heat exchanger section and the second heat exchanger section of the pulsating heat pipe.
  • the intermediate heat exchanger section can comprise an intermediate channel structure section with an intermediate microchannel section and is advantageously thermally insulated.
  • this intermediate heat exchanger section does not necessarily have to be present; it is optional depending on the application, and it does not necessarily have to be thermally insulated.
  • At least the first section of the microchannel and the second section of the microchannel together form a continuous microchannel of the pulsating heat pipe. If an intermediate heat exchanger section is present, the first section of the microchannel, the second section of the microchannel and the intermediate microchannel section can also together form a continuous microchannel of the pulsating heat pipe.
  • the pulsating heat pipe can comprise one or more microchannels.
  • the pulsating heat pipe advantageously comprises at least one meandering microchannel.
  • a heat transfer contact surface can be enlarged and made particularly effective.
  • the heat transfer contact surface can be changed by a length and a spacing of the meandering microchannel loops.
  • the pulsating heat pipe or the microchannel is divided into at least two fluidically connected heat exchanger sections.
  • the microchannel can be arranged in a meandering shape in both heat exchanger sections.
  • the heat from the heat source can be spread from the point where the heat is introduced into the pulsating heat pipe (for example, a relatively small heat transfer contact area between the pulsating heat pipe and the heat source) to the point where the heat is extracted into the drip tray (for example, a relatively large heat transfer contact area between the pulsating heat pipe and the drip tray).
  • the pulsating heat pipe thus functions as a heat spreading element.
  • the drip tray is designed as a heat exchanger section of the pulsating heat pipe.
  • the drip tray can be designed as a second heat exchanger section.
  • the second heat exchanger section can be integrated into the drip tray.
  • the drip tray has at least one boundary wall, wherein a second meandering channel structure section is formed in the boundary wall or on the boundary wall of the drip tray.
  • the second channel structure section is part of a channel structure of the pulsating heat pipe and is formed as a, in particular second, heat exchanger section of the pulsating heat pipe.
  • the second channel structure section can be integrated into the drip tray.
  • the heat source has at least one boundary wall, wherein a first meandering channel structure section is formed in the boundary wall or on the boundary wall of the heat source.
  • the first channel structure section is part of a channel structure of the pulsating heat pipe and is formed as a, in particular first, heat exchanger section of the pulsating heat pipe.
  • the first channel structure section can be integrated into the heat source.
  • a channel structure is understood here to mean in particular a geometric structure of the microchannel of the pulsating heat pipe.
  • a Channel structure section should be understood here in particular as a geometric structure of a part of the channel structure.
  • the second channel structure section serves in particular as the second heat exchanger section of the pulsating heat pipe for condensing the working fluid.
  • the first channel structure section serves in particular as the first heat exchanger section of the pulsating heat pipe for evaporating the working fluid.
  • the drip tray and/or the heat source have at least one boundary wall, in particular at least one base and/or at least one side wall.
  • the at least one boundary wall can in particular be bowl-shaped, cuboid-shaped or box-shaped.
  • the boundary wall of the drip tray comprises at least one, in particular extruded, multi-channel element and/or micro-channel element and/or multi-port element for forming the channel structure section.
  • the boundary wall of the heat source comprises at least one, in particular extruded, multi-channel element (also called micro-channel element and/or multi-port element) for forming the channel structure section.
  • multi-channel element also called micro-channel element and/or multi-port element
  • the multi-channel element has at least one tubular microchannel, in particular a plurality of tubular microchannels, the diameter of which is advantageously approximately in the range of 0.5 millimeters to 2 millimeters.
  • the one microchannel or the plurality of microchannels run longitudinally through the element, in particular parallel to one another.
  • the multi-channel element can in particular comprise a section of a flat, extruded and/or extruded profile.
  • the at least one multi-channel element can be provided with corresponding front-side boundary walls or end caps at its ends. These end caps also have microchannels.
  • the end caps are designed, on the one hand, to connect the microchannels of the multi-channel elements in a working fluid-tight manner to form a meandering channel system.
  • the end caps are also designed, on the other hand, to form the drip tray together with the multi-channel elements.
  • the boundary wall of the drip tray has at least one, in particular deep-drawn, punched or embossed, channel-shaped recess for forming the channel structure section, wherein the recess is circumferentially closed by a second wall adjacent to the boundary wall.
  • the boundary wall of the heat source has at least one, in particular deep-drawn, punched or embossed, channel-shaped recess for forming the channel structure section, wherein the recess is circumferentially closed by a second wall adjacent to the boundary wall.
  • heat transfer from the heat source via the pulsating heat pipe to the drip tray can be achieved with particularly lightweight components.
  • the boundary wall comprises a sheet metal to form a wall surface.
  • the channel or channels run, for example in a meandering shape, through the channel-shaped depressions in the sheet metal.
  • the channel or channels can be closed by another sheet metal adjacent to the boundary wall or placed on top of the boundary wall.
  • the boundary wall and the other sheet metal are connected to one another in a working fluid-tight manner by welding, laser welding, friction stir welding, resistance welding, roll bonding or brazing.
  • the pulsating heat pipe has a channel structure through which flow can pass and at least one first actuator and is designed as a switchable pulsating heat pipe.
  • the first actuator is designed to interrupt and/or open the continuity of the channel structure by switching.
  • heating of the drip tray can be switched on or off as required.
  • the first actuator can in particular be designed as a switchable valve with which the first channel structure and/or the first heat exchanger section can be fluidically separated from and/or reconnected to the second channel structure and/or the second heat exchanger section.
  • At least one of the heat exchanger sections has an actuator and is designed as a switchable heat exchanger section.
  • a second actuator is designed in particular to interrupt and/or release a heat conduction between the second heat exchanger section and the drip tray.
  • a third actuator is designed in particular to switchably interrupt and/or release a heat conduction between the first heat exchanger section and the heat source.
  • heating of the drip tray can be switched on or off as required.
  • the actuator can in particular be designed as a switchable mechanism with which the heat-conducting connection can be removed or re-established.
  • the second heat exchanger section can be spatially separated from the drip tray and/or reconnected to it using the second actuator.
  • the first heat exchanger section can be spatially separated from the heat source or reconnected to it using the third actuator.
  • the switchable mechanism can in particular be a temperature-based switchable mechanism that removes the thermal connection of the heat exchanger section to the drip tray and/or the heat source above a certain temperature.
  • the mechanism can comprise a bimetal element or a bimetal spring.
  • a thermally conductive connection can be created and/or improved by means of a flexible thermal interface material, such as a thermal paste, a thermal mat or a thermal pad.
  • temperature-controlled heating of the drip tray can be achieved by means of targeted dry out of the pulsating heat pipe.
  • heating of the drip tray can be switched on or off as required.
  • the well-known physical effect of dry out should actually be avoided, since the pulsating heat pipe no longer transfers heat above a limit temperature. Once this limit temperature is reached and above, at least the first heat exchanger section and/or large areas of the channel structure or the entire channel structure are completely filled with the vapor phase of the working fluid. The pulsating movement of the working fluid therefore comes to a standstill and almost no more heat is dissipated.
  • the dry out is deliberately used to switch off the pulsating heat pipe above the limit temperature.
  • This effect can be specifically brought about by the structural design and the choice of the working fluid.
  • the decisive parameters are, for example, the type of working fluid, the filling quantity of the channel structure with working fluid in relation to the channel volume of the pulsating heat pipe, the diameter of the channel structure, the surface quality of the channel structure and the density of the channel structure.
  • the heat pump comprises a first pulsating heat pipe and a second pulsating heat pipe, wherein the first pulsating heat pipe and the second pulsating heat pipe are arranged in series.
  • the first pulsating heat pipe connects the drip tray to a heat conducting element.
  • the second pulsating heat pipe connects the heat conducting element to the at least one heat source.
  • An electrical heating element is arranged on the heat conducting element as a further heat source.
  • the heat conducting element is advantageously at an intermediate temperature level between a temperature of the heat source and a temperature of the drip tray.
  • the heat conducting element can, for example, comprise a small block, in particular a metal block, whose temperature is regulated to a value between the heat source temperature and the drip tray temperature.
  • the heat conducting element thus represents a heat source for the first pulsating heat pipe (with the drip tray as a heat sink) and at the same time a heat sink for the second pulsating heat pipe (with the component to be cooled as a heat source).
  • the electrical heating element arranged on the heat conducting element as a further heat source can be formed, for example, by a Peltier element.
  • Such a design with a first pulsating heat pipe and a second pulsating heat pipe, connected via a heat conducting element, is particularly advantageous when the heat source has too low a temperature level or too low a heat output.
  • the temperature level of the second pulsating heat pipe can be raised to the usable temperature level of the first pulsating heat pipe with high efficiency.
  • the pulsating heat pipe has a flow-through channel structure which is or can be filled with a refrigerant as a working fluid.
  • a refrigerant as a working fluid.
  • the refrigerants R1233zd(E), R1234ze, R1234yf or propane are suitable for use as a working fluid.
  • a pulsating heat pipe for heating the drip tray can be operated particularly effectively.
  • Figure 1 shows the basic structure of the exemplary heat pump 100.
  • the exemplary embodiment is an air-water heat pump 100 with an evaporator 102, a compressor 104, a condenser 106 and an expansion device 108.
  • the aforementioned components are connected by means of piping elements 110 to form a refrigerant circuit through which refrigerant 50 can flow on the primary side.
  • the heat pump 100 further comprises a fan 112 for conveying an outside air flow 10, which flows through the evaporator 102 on the secondary side.
  • the heat pump 100 further comprises a control unit 114 for controlling the compressor 104, the expansion device 108 and the fan 112.
  • the control unit 114 can comprise control electronics, power electronics and/or an inverter.
  • the heat pump 100 further comprises a connection device 116 for connecting the heat pump 100, in particular the condenser 106, to an external consumer, for example a heating water flow 20 circulating in a heating circuit.
  • the heat pump 100 further comprises a drip tray 118 which is assigned to the evaporator 102.
  • the drip tray 118 is arranged in particular in the direction of gravity 30 under the evaporator 102 and serves to collect and drain condensate 40 and/or condensate ice 40 which can arise during operation of the heat pump 100.
  • the heat pump 100 extracts heat from a first heat reservoir at a low temperature level, raises this heat to a higher temperature level by means of the compressor 104, and releases heat to a second heat reservoir. At least two operating states can be distinguished.
  • the first heat reservoir can be, for example, the outside air flow 10 and the second heat reservoir can be the heating water flow 20.
  • Humidity in the outside air flow 10 can condense on the evaporator 102 to form condensate 40 and drip into the drip tray 118. Under certain operating conditions and outside air conditions the condensate 40 can also freeze on the evaporator 102 to form condensate ice 40.
  • the evaporator 102 In a defrosting mode (also in a cooling mode) of the heat pump 100, the evaporator 102 is heated.
  • the heating of the evaporator 102 can be achieved, for example, by reversing the flow direction (see dashed arrow 52) of the coolant 50 in the coolant circuit. This reversal of the flow direction can be made possible in particular by means of a four-way valve (not shown here).
  • the first heat reservoir can be, for example, the heating water flow 20 and the second heat reservoir can be the outside air flow 10. Any condensation ice 40 on the evaporator 102 is melted and drips into the drip tray 118.
  • condensate 40 and/or condensate ice 40 can drip or fall from the evaporator 102 into the drip tray 118.
  • the condensate 40 can also freeze in the drip tray 118 to form condensate ice 40, in which case a safe drainage of condensate 40 from the drip tray 118 is no longer guaranteed.
  • the heat pump 100 further comprises a pulsating heat pipe 200.
  • the pulsating heat pipe 200 establishes a heat-conducting and/or heat-transferring connection between a heat source 120 and the drip tray 118.
  • the control unit 114 serves as the heat source 120.
  • the pulsating heat pipe 200 is designed and arranged such that it can be used to cool the heat source 120 and heat the drip tray 118.
  • Figure 2 shows the basic structure of the Pulsating Heat Pipe 200.
  • the pulsating heat pipe 200 comprises a channel structure 202 that is closed in a ring-shaped manner to form an endless loop and has a tubular microchannel 204 formed concentrically therein.
  • the channel structure 202 is arranged in a meandering shape at least in sections.
  • the microchannel 204 is partially filled with a working fluid, in particular a coolant.
  • the pulsating heat pipe 200 is designed to dissipate heat from thermal hotspots and To this end, the pulsating heat pipe has a first heat exchanger section 206 for thermally conductive connection to a heat source and a second heat exchanger section 208 for thermally conductive connection to a heat sink.
  • the first heat exchanger section 206 acts as an evaporator of the pulsating heat pipe 200 for the working fluid, here a heat flow Q from a heat source is introduced into the pulsating heat pipe 200 or into the working fluid in the microchannel 204.
  • the working fluid evaporates locally and pressure gradients arise that transport the working fluid through the microchannel 204.
  • the vapor bubbles migrate into the second heat exchanger section 208, which acts as a condenser of the pulsating heat pipe 200 for the working fluid, where they condense.
  • the heat flow Q from the pulsating heat pipe 200 is coupled out into a heat sink.
  • the Pulsating Heat Pipe 200 in the Heat Pump 100 can always be used as a heat-conducting and/or heat-transferring connection between a heat source and a heat sink.
  • the advantage compared to a classic heat exchanger is that there are hardly any restrictions that arise from the arrangement of the components and the design.
  • the waste heat dissipation from the heat source and the heat transfer to the heat sink can be solved regardless of geometry and position.
  • the term "geometry-independent” should be understood here in particular to mean that the pulsating heat pipe 200 can be adapted to at least almost any geometry of the heat source at the location of heat introduction and/or the heat sink at the location of heat dissipation.
  • the term "position-independent” should be understood here in particular to mean that the spatial position of the heat source and heat sink relative to one another has at least almost no influence on the function of the pulsating heat pipe 200 connecting them in a heat-conducting and/or heat-transferring manner.
  • the spatial distance between the heat source 120 and the heat sink can be bridged by the pulsating heat pipe 200. Intentionally spatially separated areas can remain separate and heat transfer between the areas is still possible.
  • an inverter on the one hand and areas with a possibly flammable heat pump coolant on the other hand can be spatially separated from each other and yet be connected to each other in a heat-conducting and/or heat-transferring manner.
  • An intermediate heat exchanger section 212 is arranged between the first heat exchanger section 206 and the second heat exchanger section 208.
  • the intermediate heat exchanger section 212 can comprise an intermediate channel structure section with an intermediate microchannel section and is advantageously thermally insulated.
  • the intermediate heat exchanger section 212 serves in particular for heat conduction and/or heat transfer within the pulsating heat pipe 200.
  • All technical refrigeration circuits for example heat pumps 100 and refrigeration machines
  • an air-refrigerant evaporator 102 can benefit from the invention.
  • this also applies in particular to evaporators in cold stores.
  • Pulsating Heat Pipe 200 compared to a classic heat exchanger or a classic heat pipe are: There are hardly any restrictions resulting from the arrangement of the components and the design.
  • the spatial distance between the heat source and the heat sink can be bridged by the Pulsating Heat Pipe 200.
  • Intentionally spatially separated components or areas of the heat pump 100 can remain separate and heat transfer between the components or areas is still possible. If an inverter is in close proximity to the components of the refrigerant circuit, it could unintentionally represent an ignition source for a flammable refrigerant such as propane; when using a Pulsating Heat Pipe 200 for heat transfer between the inverter and the drip tray 118, these can still be arranged slightly spatially separated.
  • Figure 3 shows a first embodiment of the pulsating heat pipe arrangement.
  • the first heat exchanger section 206 of the pulsating heat pipe 200 is designed in the form of a meandering first channel structure section.
  • the first heat exchanger section 206 is connected to a heat source 120 in a heat-conducting manner.
  • the first heat exchanger section 206 could be integrated in the heat source 120, for example in housing walls of the heat source 120.
  • the second heat exchanger section 208 has a meandering second channel structure section.
  • the second heat exchanger section 208 is connected to the drip tray 118 in a heat-conducting manner.
  • the second heat exchanger section 208 is integrated in the drip tray 118, for example in boundary walls of the drip tray 118.
  • the microchannels 204 of the second heat exchanger section 208 run in a meandering shape, in particular through the base 122 and/or the side walls 124 of the drip tray 118.
  • the microchannels 204 are led from the drip tray 118 to a first heat exchanger section 206, which is connected in a heat-conducting manner to a heat source 120.
  • a heat source 120 This can be any warm component of the heat pump 100 that emits sufficient thermal power dissipation.
  • the first heat exchanger section 206 of the pulsating heat pipe 200 is then thermally connected to the warm component and thus absorbs the heat of the component.
  • the first heat exchanger section 206 on the warm component thus represents the evaporator section of the pulsating heat pipe 200.
  • the heat is then transported into the microchannels 204 of the second heat exchanger section 208 on the drip tray 118 by the transport mechanism of the pulsating heat pipe 200. There, the heat is transferred to the drip tray 118 and to the condensate 40 in the drip tray 118. Any condensate ice 40 in the drip tray 118 is thus melted, or the heat transfer prevents condensate ice 40 from forming in the drip tray 118 at all.
  • the second heat exchanger section 208 on the drip tray 118 thus represents the condenser section of the pulsating heat pipe 200.
  • the spatial distance between the heat source 120 and the drip tray 118 is bridged by the Pulsating Heat Pipe 200.
  • An intermediate heat exchanger section 212 is arranged between the first heat exchanger section 206 and the second heat exchanger section 208.
  • the intermediate heat exchanger section 212 comprises an intermediate channel structure section with an intermediate microchannel section and is advantageously thermally insulated (not shown here).
  • the intermediate heat exchanger section 212 serves in particular for heat conduction and/or heat transfer within the pulsating heat pipe 200.
  • the Pulsating Heat Pipe 200 can also be bent, the heat can also be extracted from the heat source 120 in a plane that is not parallel to the drip tray 118. As in Figure 3 As can be seen, this could be achieved by a 90° bend, in particular in the area of the intermediate heat exchanger section 212.
  • the first heat exchanger section 206 and the second heat exchanger section 208 can also be designed spatially and thus connected in a heat-conducting manner to non-planar sections of the drip tray 118 or the heat source 120.
  • Figure 3 also shows the possible size design of the heat exchanger surface of the first heat exchanger section 206 or the second heat exchanger section 208, which can be achieved with the pulsating heat pipe. If the meander loops are packed more closely (first heat exchanger section 206), heat can be transferred on a small heat exchanger surface with a high density, while the larger heat exchanger surface of the second heat exchanger section 208 has a larger distance and thus a lower density of the meander loops.
  • Figure 4 shows a second embodiment of a pulsating heat pipe arrangement.
  • An inverter 128 of the heat pump 100 is arranged in the electronics box 126.
  • the compressor 104 of the heat pump 100 in particular the delivery capacity of the compressor 104, can be controlled and/or regulated using the inverter 128.
  • the waste heat generated by the inverter 128 during heat pump operation must be dissipated in order to protect it from overheating.
  • the inverter 128 is a component of the heat pump 100 that is warm during heat pump operation and can serve as a heat source 120 for the pulsating heat pipe 200.
  • the waste heat dissipation from the inverter 128 can be solved independently of geometry and position using the pulsating heat pipe 200.
  • the waste heat flow is used to heat the drip tray 118.
  • a first heat exchanger section 206 of the pulsating heat pipe 200 is thermally connected to the inverter 128 or integrated into the inverter 128.
  • a second heat exchanger section 208 is thermally connected to the drip tray 118 or integrated into the drip tray 118.
  • the drip tray 118, the pulsating heat pipe 200 and the inverter 128 can also be developed as a coupled unit.
  • a heat flow must be supplied to the pulsating heat pipe 200 at the evaporator section.
  • the heat pump 100 there are several components or locations that are suitable as heat sources 120, since their heat flow or waste heat flow has not been used according to the state of the art.
  • the efficiency of the heat pump 100 is only reduced very slightly by using the heat flow, or ideally even increased.
  • Suitable heat sources 120 are waste heat from the compressor 104; waste heat from the inverter 128 or the electronics box 126 ("hot box"); a pipe element 110 downstream of the condenser 106 and upstream of the expansion device 108; heat from a heating circuit connected to the heat pump 100, preferably heat from a return of the heating circuit; waste heat from the evaporator 102 during defrosting operation.
  • Figure 5 shows a section of a simplified third embodiment of a pulsating heat pipe arrangement.
  • the pulsating heat pipe 200 connects the drip tray 118 to a warm component of the heat pump 100 in a heat-conducting and/or heat-transferring manner.
  • the pulsating heat pipe 200 has a first heat exchanger section 206 for heat-conducting connection to the heat source 120 and a second heat exchanger section 208 for heat-conducting connection to the drip tray 118.
  • the heat-conducting connection between heat source 120 and pulsating heat pipe 200 is produced and/or improved by means of a thermal interface material 130.
  • the first heat exchanger section 206 has an actuator 210 and is designed as a switchable heat exchanger section.
  • the actuator 210 is designed to switchably interrupt and/or release a heat conduction between the first heat exchanger section 206 and the heat source 120.
  • the heat conduction is established or released by an intimate contact between the first heat exchanger section 206, the thermal interface material 130 and the heat source 120.
  • the heat conduction can also be established or released directly by an intimate contact between the first heat exchanger section 206 and the heat source 120.
  • the heat conduction is interrupted or significantly reduced because the intimate contact between the first heat exchanger section 206, the thermal interface material 130 and/or the heat source 120 is interrupted.
  • the first heat exchanger section 206 is lifted off the thermal interface material 130, so that a gap, in particular an air gap, is formed between the first heat exchanger section 206 and the thermal interface material 130.
  • the first heat exchanger section 206 can also lift off the heat source 120 together with the thermal interface material 130, so that a gap, in particular an air gap, is formed between the thermal interface material 130 and the heat source 120.
  • the first heat exchanger section 206 is designed to be flexible or deformable.
  • the first heat exchanger section 206 is connected to the pulsating heat pipe 200 in a flexible or deformable manner.
  • the actuator 210 which in this case comprises a bimetal element or a bimetal spring, interrupts the intimate contact between the first heat exchanger section 206, the thermal interface material 130 and/or the heat source 120.
  • the actuator 210 is a mechanism that can be switched on the basis of a temperature of the first heat exchanger section 206 and that removes the thermal connection of the first heat exchanger section 206 to the heat source 120 from a certain limit temperature of the first heat exchanger section 206.
  • the bimetal element or the bimetal spring is connected to the first heat exchanger section 206 in a heat-conducting manner. This prevents any overheating of the first heat exchanger section 206.
  • the limit temperature can be designed, for example, based on a selected material, a selected thickness and/or a selected preload of the bimetal element or the bimetal spring.
  • the pulsating heat pipe 200 and thus the heating of the drip tray 118 can be switched on and/or off as required.
  • Figure 6 shows a first and second embodiment of a drip tray 118 in cross section.
  • the drip tray 118 serves to catch, collect and drain condensate 40.
  • the drip tray 118 has a base 122, an outlet opening (not shown here) in the base 122 for draining the condensate 40 from the drip tray 118 and several side walls 124.
  • the drip tray 118 forms a flat container that is open at the top in the direction of gravity and in which the condensate falling from the heat pump evaporator 102 Condensation drops 40 can be collected.
  • a meandering channel structure section is formed on the bottom 122, which is part of a channel structure of the pulsating heat pipe 200 and is designed as a second heat exchanger section 208 of the pulsating heat pipe 200.
  • the bottom 122 of the drip tray 118 is essentially flat.
  • a second wall 123 adjacent to the bottom 122 has, for example, deep-drawn, punched or embossed, channel-shaped depressions for forming the channel structure section. These depressions are circumferentially closed by the bottom 122, so that the microchannel 204 that forms is tight to the working fluid.
  • the bottom 122 of the drip tray 118 has, for example, deep-drawn, punched or embossed, channel-shaped depressions for forming the channel structure section. These depressions are circumferentially closed by a second wall 123 adjacent to the bottom 122, so that the microchannel that is formed is tight to the working fluid.
  • FIGS. 7, 8 and 9 show further embodiments of a drip tray 118 in cross section.
  • the bottom 122 of the drip tray 118 in Figure 7 is formed from two multi-channel elements 132.
  • the bottom 122 of the drip tray 118 in Figure 8 is formed from a multi-channel element 132, two further multi-channel elements 132 form the right and left side walls 124.
  • the bottom 122 of the drip tray 118 in Figure 9 is formed from six multi-channel elements 132.
  • these multi-channel elements 132 are made of flat extruded profiles, which in this case are each penetrated by two or three microchannels 204. Due to their obtuse-angled arrangement to one another and with a front and rear end-face boundary wall 124 (end caps), they form a flat container that is open upwards in the direction of gravity and in which the condensate drops 40 falling from the heat pump evaporator 102 can be collected.
  • the multiple microchannels 204 of the Multi-channel elements 132 are connected by corresponding further microchannels in the front-side boundary walls 124 to form a meandering channel structure section, which is part of a channel structure of the pulsating heat pipe 200 and is designed as a second heat exchanger section 208 of the pulsating heat pipe 200.
  • Figure 10 shows a fourth embodiment of a pulsating heat pipe arrangement in two different operating states.
  • the pulsating heat pipe 200 connects the drip tray 118 and the heat pump evaporator 102 in a heat-conducting and/or heat-transferring manner.
  • the coolant of the coolant circuit evaporates in the heat pump evaporator 102.
  • the heat pump evaporator 102 is colder than the drip tray 118 and the air surrounding it. Heat is transferred from the drip tray 118 to the heat pump evaporator 102 via the pulsating heat pipe 200.
  • the drip tray 118 advantageously acts as an extension of the heat pump evaporator 102 and provides additional heat from the environment. The transferred heat improves the evaporation and thus increases the efficiency of the heat pump 100.
  • the heat pump evaporator 102 is heated in order to melt condensate ice 40 on the evaporator surface.
  • the heat pump evaporator 102 is warm. Heat is transferred from the heat pump evaporator 102 to the drip tray 118 via the pulsating heat pipe 200.
  • the drip tray 118 is heated, any condensate ice 40 in the drip tray 118 is melted and can drain off via the outlet.
  • An advantage of using the heat pump evaporator 102 as a heat source 120 for the pulsating heat pipe 200 is that the drip tray 118 is heated by the pulsating heat pipe 200 only during the period in which increased condensation water 40 and condensation water ice 40 accumulate in the drip tray 118.
  • Figure 11 shows the basic structure of another exemplary heat pump 100.
  • the basic structure of the other exemplary heat pump 100 corresponds to the principle of Figure 1 , the description of which is referred to here.
  • the heat pump 100 comprises a first pulsating heat pipe 200 and a second pulsating heat pipe 200a.
  • the first pulsating heat pipe 200 establishes a heat-conducting and/or heat-transferring connection between a first heat source 120 and the drip tray 118.
  • the second pulsating heat pipe 200a establishes a heat-conducting and/or heat-transferring connection between a second heat source 120a and the drip tray 118.
  • control unit 114 serves as the first heat source 120.
  • An electrical heating element 300 serves as the second heat source 120a.
  • the first pulsating heat pipe 200 and the second pulsating heat pipe 200a are designed and arranged such that they can be used to cool the heat sources 120, 120a and to heat the drip tray 118.
  • the first pulsating heat pipe 200 and the second pulsating heat pipe 200a are arranged in parallel with regard to the heat flows conveyed by them to the drip tray 118, so that each of the two pulsating heat pipes 200, 200a connects the drip tray 118 to a heat source 120, 120a in a heat-conducting manner and can heat it.
  • the drip tray 118 can be heated by the two pulsating heat pipes 200, 200a together, in particular simultaneously.
  • the drip tray 118 can be heated by each of the two pulsating heat pipes 200, 200a alone. This is decided depending on a heating requirement and the available heat supply, in particular from the first heat source 120.
  • Figure 12 shows a fifth embodiment of a pulsating heat pipe arrangement as a section of an overall structure of a heat pump 100 according to the invention.
  • the basic structure of the pulsating heat pipe arrangement corresponds to the principle of Figure 4 , the description of which is referred to here.
  • Shown is a unit or assembly comprising an electronics box 126 of the heat pump 100, the pulsating heat pipe 200 and the drip tray 118.
  • An inverter 128 of the heat pump 100 is arranged in the electronics box 126.
  • the inverter 128 can serve as a heat source 120 for the pulsating heat pipe 200.
  • the waste heat flow from the inverter 128 is used to heat the drip tray 118.
  • a first heat exchanger section 206 of the pulsating heat pipe 200 is connected in a heat-conducting manner to the inverter 128 or is integrated into the inverter 128.
  • An electrical heating element 300 is also connected in a heat-conducting manner to the pulsating heat pipe 200, in particular to the first heat exchanger section 206 of the pulsating heat pipe 200. When electrically energized, the electrical heating element 300 can generate a heat flow that can also be used to heat the drip tray 118.
  • a second heat exchanger section 208 of the pulsating heat pipe 200 is connected to the drip tray 118 in a heat-conducting manner or is integrated into the drip tray 118.
  • the drip tray 118, the pulsating heat pipe 200, the inverter 128 and the electrical heating element 300 can also be designed as a coupled unit.
  • Figure 13 shows a sixth embodiment of a pulsating heat pipe arrangement as a section of an overall structure of a heat pump 100 according to the invention.
  • the basic structure of the pulsating heat pipe arrangement corresponds to the principle of Figure 4 , the description of which is referred to here.
  • the pulsating heat pipe arrangement comprises a first pulsating heat pipe 200 and a second pulsating heat pipe 200b connected in series.
  • the first pulsating heat pipe 200 connects the drip tray 118 in a heat-conducting manner to a heat-conducting element 400.
  • the second pulsating heat pipe 200b connects the heat-conducting element 400 in a heat-conducting manner to the heat source 120, here designed as an inverter 128.
  • a heat flow that is introduced into the second pulsating heat pipe 200b by the inverter 128 flows to the heat-conducting element 400, from there into the first pulsating heat pipe 200 and into the drip tray 118.
  • An electrical heating element 300 is arranged on the heat conducting element 400 as a further heat source 120b.
  • the electrical heating element 300 can generate a further heat flow, which can also be introduced into the first pulsating heat pipe 200 and transferred to the drip tray 118.
  • Figure 14 shows a seventh embodiment of a pulsating heat pipe arrangement as a section of an overall structure of a heat pump 100 according to the invention.
  • the pulsating heat pipe arrangement comprises a pulsating heat pipe 200, an electric heating element 300 as the sole heat source 120 and a drip tray 118.
  • the pulsating heat pipe 200 connects the drip tray 118 to the electric heating element 300 in a heat-conducting manner.
  • the electric heating element 300 can generate a heat flow that can be introduced into the pulsating heat pipe 200 and transferred to the drip tray 118.
  • Figure 15 shows an eighth embodiment of a pulsating heat pipe arrangement as a section of an overall structure of a heat pump 100 according to the invention.
  • the basic structure of the pulsating heat pipe arrangement corresponds to the principle of Figure 4 , the description of which is referred to here.
  • the heat pump 100 comprises a further electrical heating element 302, which is arranged on the drip tray 118.
  • the further electrical heating element 302 can generate a heat flow and is intended to heat the drip tray 118, in particular directly.
  • Figure 16 schematically shows various forms of attachment of an electrical heating element 300 to a pulsating heat pipe 200, in particular to a first heat exchanger section 206 of the pulsating heat pipe 200, and/or to a heat conducting element 400.
  • the electric heating element 300 can be Figure 16a glued, soldered, welded or shrunk onto the Pulsating Heat Pipe 200.
  • the electrical heating element 300 can be Figure 16b be clamped onto the Pulsating Heat Pipe 200 by means of a clamping element 304.
  • the electrical heating element 300 can additionally be geometrically embedded in the pulsating heat pipe 200.
  • an electrical heating element 300 to a pulsating heat pipe 200 or to a heat conducting element 400 can be improved in terms of heat transfer by means of a thermal interface material, for example a thermal paste, a thermal mat or a thermal pad.
  • a thermal interface material for example a thermal paste, a thermal mat or a thermal pad.
  • the electrical heating in particular by means of a heating mat or a heating cartridge, can be carried out as coherently as possible and with a large contact area in order to increase the efficiency of the heat transfer system.

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Abstract

Die Erfindung geht aus von einer Wärmepumpe (100), insbesondere Luft-Wasser-Wärmepumpe, mit einer Tropfschale (118) zum Auffangen, Sammeln und/oder Ableiten von Kondenswasser (40). Insbesondere kann die Tropfschale (118) einem Verdampfer (102) der Wärmepumpe (100) zugeordnet sein. Es wird vorgeschlagen, dass die Wärmepumpe (100) zumindest eine Pulsating Heat Pipe (200, 200a) zum Beheizen der Tropfschale (118) umfasst, wobei die zumindest eine Pulsating Heat Pipe (200, 200a) die Tropfschale (118) mit zumindest einer Wärmequelle (120, 120a, 120b) - insbesondere wärmeleitend und/oder wärmeübertragend - verbindet. Mittels der Erfindung kann Kondenswassereis (40) in der Tropfschale (118) verflüssigt und/oder Kondenswasser (40) in der Tropfschale (118) flüssig gehalten werden. So ist gewährleistet, dass Kondenswasser (40) sicher aus dem Wärmepumpengehäuse abgeleitet wird.

Description

    Stand der Technik
  • Aus dem Stand der Technik sind Wärmepumpen bekannt. Sie können Teil einer Gebäudeheizanlage und/oder Gebäudekühlanlage sein. Alternativ können sie Teil eines Kühlschranks oder Gefrierschranks sein. Im Betrieb können Wärmepumpen einen Wärmestrom auf einem niedrigen Temperaturniveau, beispielsweise aus einer Umgebungsluft, aufnehmen und unter Einsatz von elektrischer Verdichterleistung auf einem hohen Temperaturniveau, beispielsweise an einen Verbraucher, abgeben. Bei einer Luft-Wasser-Wärmepumpe kann in der Umgebungsluft enthaltene Luftfeuchtigkeit (Wasserdampf) auf einer Verdampferoberfläche der Wärmepumpe zu Kondenswasser kondensieren, gegebenenfalls sogar zu Kondenswassereis gefrieren. Das Kondenswasser und Kondenswassereis tropft und fällt in eine dem Wärmepumpenverdampfer zugeordnete Tropfschale, wird dort aufgefangen und gesammelt und über einen Auslauf der Tropfschale aus der Tropfschale und/oder aus dem Wärmepumpengehäuse und/oder in eine Ablaufleitung beziehungsweise Ablaufgrube abgeleitet. Bei Temperaturen um den und unter dem Gefrierpunkt kann das Kondenswasser in der Tropfschale zu Kondenswassereis gefrieren. Ein Gefrieren des Kondenswassers in der Tropfschale soll vermieden werden, um ein Ableiten des Kondenswassers zu gewährleisten. Ein Beheizen der Tropfschale zum Verflüssigen des Kondenswassereises und/oder zum Flüssighalten des Kondenswassers mittels eines elektrischen Heizelements weist eine niedrige Energieeffizienz auf.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Wärmepumpe bereitzustellen.
    • Offenbarung der Erfindung
  • Die Erfindung geht aus von einer Wärmepumpe, insbesondere Luft-Wasser-Wärmepumpe, mit einer Tropfschale zum Auffangen, Sammeln und/oder Ableiten von Kondenswasser. Insbesondere kann die Tropfschale einem Verdampfer der Wärmepumpe zugeordnet sein.
  • Es wird vorgeschlagen, dass die Wärmepumpe zumindest eine Pulsating Heat Pipe zum Beheizen der Tropfschale umfasst, wobei die zumindest eine Pulsating Heat Pipe die Tropfschale mit zumindest einer Wärmequelle - insbesondere wärmeleitend und/oder wärmeübertragend - verbindet.
  • Mittels der Erfindung kann Eis in der Tropfschale verflüssigt und/oder Kondenswasser in der Tropfschale flüssig gehalten werden. So ist gewährleistet, dass Kondenswasser sicher aus dem Wärmepumpengehäuse abgeleitet wird.
  • Alternativ oder ergänzend kann Kondenswasser in der Tropfschale verdampft werden.
  • Die Wärmepumpe umfasst einen Kältemittelkreis zum Durchströmen mit einem Kältemittel in einem Kreislauf. Die Wärmepumpe umfasst insbesondere die Kältemittel-durchströmten Komponenten Verdampfer, Verdichter, Verflüssiger und Entspannungsvorrichtung (beispielsweise ein Expansionsventil) sowie Rohrleitungselemente zum Verbinden der vorgenannten Komponenten zu dem Kältemittelkreis. Die Wärmepumpe kann weiter insbesondere folgende Komponenten umfassen: einen Zwischenwärmeübertrager, eine Steuerelektronik, eine Leistungselektronik, einen Inverter, ein Rohrleitungselement einer Anschlussvorrichtung zum Verbinden der Wärmepumpe mit einem externen Verbraucher, beispielsweise ein Heizkreislauf und/oder Kühlkreislauf.
  • Die Tropfschale weist insbesondere einen Boden, eine Auslauföffnung in dem Boden zum Ableiten des Kondenswassers aus der Tropfschale sowie zumindest eine Seitenwand auf und bildet einen in Schwerkraftrichtung nach oben offenen Behälter, in dem die vom Wärmepumpenverdampfer herabfallenden Kondenswassertropfen aufgefangen werden. Darunter, dass die Tropfschale dem Verdampfer der Wärmepumpe zugeordnet ist, kann hier insbesondere verstanden werden, dass die Tropfschale in betriebsbereiter Aufstellung der Wärmepumpe, insbesondere direkt, in Schwerkraftrichtung unterhalb des Verdampfers angeordnet ist. Eine größte Breite und eine größte Länge der Tropfschale, insbesondere eine Fläche des Bodens, nimmt zumindest eine Projektionsfläche des Verdampfers in Schwerkraftrichtung ein.
  • Unter einer Pulsating Heat Pipe soll hier insbesondere eine Vorrichtung zur Wärmeübertragung und/oder zum Wärmetransport verstanden werden. Der Mechanismus der Wärmeübertragung beziehungsweise des Wärmetransports beruht insbesondere auf einer der Pulsating Heat Pipe internen Konvektion. Die Pulsating Heat Pipe wird auch Oscillating Heat Pipe genannt. Die Pulsating Heat Pipe ist in die Wärmepumpe integriert mit dem Ziel, Wärme von einer Wärmequelle zu der Tropfschale zu leiten. Dazu ist die Pulsating Heat Pipe wärmeübertragend sowohl mit der Wärmequelle als auch mit der Tropfschale verbunden. Die Pulsating Heat Pipe umfasst zumindest einen rohrförmigen Mikrokanal, dessen Durchmesser vorteilhafterweise etwa im Bereich 0,5 Millimeter bis 2 Millimeter liegt. Eine den Mikrokanal umfassende Kanalstruktur ist insbesondere ringförmig in sich geschlossen. Der Mikrokanal ist, insbesondere teilweise, mit einem Arbeitsfluid, insbesondere einem Kältemittel, befüllt. Darunter, dass der Mikrokanal teilweise mit einem Arbeitsfluid befüllt ist, soll hier verstanden werden, dass - sofern das Arbeitsfluid zumindest teilweise eine flüssige Phase aufweist - diese flüssige Phase den Mikrokanal lediglich abschnittsweise ausfüllt. Andere Abschnitte des Mikrokanals können mit einer gasförmigen Phase des Arbeitsfluids gefüllt sein. Der Mikrokanal verläuft sowohl entlang der Wärmequelle als auch entlang der Tropfschale und ist wärmeleitend und/oder wärmeübertragend sowohl mit der Wärmequelle als auch mit der Tropfschale verbunden. Bei Einbringung der Wärme von der Wärmequelle in das Arbeitsfluid verdampft das Arbeitsfluid lokal und es entstehen Druckgradienten, die das Arbeitsfluid durch den Mikrokanal befördern. Dabei wandern die Dampfblasen vom Ort der Wärmeeinleitung durch den Mikrokanal zur Tropfschale und kondensieren dort. Die Wärme wird dadurch an die Tropfschale abgegeben. Insgesamt wird also die an der Wärmequelle aufgenommene Wärme auf die Tropfschale verteilt, wobei lediglich eine kleine Temperaturdifferenz zwischen dem Verdampferabschnitt und dem Kondensatorabschnitt der Pulsating Heat Pipe entsteht. Vorteilhafterweise ist die Wärmequelle eine Wärmepumpen-interne Wärmequelle oder Abwärmequelle und umfasst insbesondere zumindest eine Komponente der Wärmepumpe.
  • Die Wärmeübertragung mit der Pulsating Heat Pipe beruht auf dem verdampfenden Arbeitsfluid, das an der Wärmequelle auf der warmen Seite der Pulsating Heat Pipe mittels Verdampfung Wärme aufnimmt und Druckgradienten erzeugt, die das Arbeitsfluid durch den engen Mikrokanal treiben. An der Tropfschale auf der kalten Seite der Pulsating Heat Pipe kondensiert das Arbeitsfluid und überträgt so die Wärme. Vorteilhafterweise unterliegt die Wärmeübertragung mit der Pulsating Heat Pipe nicht der Schwerkraftwirkung, somit kann die Pulsating Heat Pipe sehr frei und unabhängig von der Schwerkraftrichtung in der Wärmepumpe angeordnet werden. Aufgrund des Arbeitsfluids, welches ein Kältemittel sein kann, unterliegt die Pulsating Heat Pipe auch nicht der Frostgefahr.
  • Somit ist die Pulsating Heat Pipe nicht mit einer herkömmlichen Heat Pipe zu vergleichen. Das Arbeitsfluid einer herkömmlichen Heat Pipe besteht zumeist aus Wasser. Zur Arbeitsfluidverteilung und Wärmeübertragung nutzt die herkömmliche Heat Pipe die Schwerkraft und/oder Kapillarkräfte. Bei der konstruktiven Integration muss bei der herkömmlichen Heat Pipe deren Lageabhängigkeit beachtet werden. Das kondensierte flüssige Arbeitsfluid strömt durch die Schwerkraft nach unten, das verdampfte gasförmige Kältemittel nach oben. Deshalb muss die Wärmequelle immer unterhalb der Wärmesenke angeordnet werden.
  • Darunter, dass die Pulsating Heat Pipe die Tropfschale mit einer Wärmequelle verbindet, soll hier insbesondere verstanden werden, dass die Pulsating Heat Pipe einerseits mit der Tropfschale und andererseits mit der Wärmequelle verbunden ist. Die Verbindung ist eine wärmeleitende und/oder wärmeübertragende Verbindung. Die Verbindung kann insbesondere aufgrund von innigem Kontakt erfolgen, der unter Druck oder mittels Löten, Schweißen oder Kleben entsteht. Eine wärmeleitende und/oder wärmeübertragende Verbindung kann auch mittels eines thermischen Interface-Materials entstehen, beispielsweise eine Wärmeleitpaste, eine Wärmeleitmatte oder ein Wärmeleitpad.
  • Unter zumindest einer Pulsating Heat Pipe kann insbesondere genau eine Pulsating Heat Pipe verstanden werden. Alternativ können unter zumindest einer Pulsating Heat Pipe auch zwei oder mehrere Pulsating Heat Pipes verstanden werden.
  • Die zwei oder mehreren Pulsating Heat Pipes können hinsichtlich der durch sie beförderten Wärmeströme parallel angeordnet sein, so dass jede der zwei oder mehreren Pulsating Heat Pipes die Tropfschale mit zumindest einer Wärmequelle verbindet. Alternativ können die zwei oder mehreren Pulsating Heat Pipes in Reihe angeordnet sein, so dass eine erste Pulsating Heat Pipe die Tropfschale wärmeleitend kontaktiert und eine zweite Pulsating Heat Pipe die zumindest eine Wärmequelle kontaktiert.
  • Bei einer bevorzugten Ausgestaltung ist die zumindest eine Wärmequelle ausgewählt aus einer Gruppe von Komponenten der Wärmepumpe, umfassend einen Verdampfer, einen Verdichter, einen Verflüssiger, einen Zwischenwärmeübertrager, eine Steuerelektronik, eine Leistungselektronik, einen Inverter, ein Rohrleitungselement eines Kältemittelkreises insbesondere der Wärmepumpe, ein Rohrleitungselement einer Anschlussvorrichtung zum Verbinden der Wärmepumpe mit einem externen Verbraucher, beispielsweise ein Heizkreislauf und/oder Kühlkreislauf.
  • Unter zumindest einer Wärmequelle kann insbesondere genau eine Wärmequelle verstanden werden. Alternativ können unter zumindest einer Wärmequelle auch zwei oder mehrere Wärmequellen verstanden werden.
  • Die vorgenannten Komponenten der Wärmepumpe können im Betrieb Wärme abgeben. Vorteilhafterweise kann die Abwärme zumindest einer der Komponenten der Wärmepumpe als Wärme genutzt werden, um die Tropfschale zu erwärmen. Die Abwärme entsteht im Betrieb der Wärmepumpe und bleibt im Stand der Technik ungenutzt. Durch ihre Nutzung und die gleichzeitige Einsparung einer zusätzlichen Wärmequelle erhöht sich der Wirkungsgrad der Wärmepumpe.
  • Durch die Abwärmenutzung wird die wärmeabgebende Komponente vorteilhafterweise effektiv gekühlt, woraus sich ein weiterer Zusatznutzen für die Komponente ergibt. Die wärmeabgebende Komponente wird hier auch als zu kühlende Komponente bezeichnet.
  • Als ein mögliches Rohrleitungselement des Kältemittelkreises bietet sich insbesondere ein stromabwärts des Verflüssigers und stromaufwärts der Entspannungsvorrichtung liegender Abschnitt des Kältemittelkreises an.
  • Als ein mögliches Rohrleitungselement einer Anschlussvorrichtung zum Verbinden der Wärmepumpe mit einem externen Verbraucher bietet sich insbesondere ein Rücklaufanschluss eines Heizkreislaufs oder Kühlkreislaufs an.
  • Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist die zumindest eine Wärmequelle ein elektrisches Heizelement.
  • Mittels des elektrischen Heizelements kann über zumindest eine Pulsating Heat Pipe die Tropfschale effektiv und sicher beheizt werden.
  • Unter einem elektrischen Heizelement soll hier insbesondere eine elektrische Einrichtung zum Erzeugen eines Wärmestroms verstanden werden. Dazu wird das Heizelement mit elektrischer Energie (elektrische Bestromung) versorgt. Insbesondere kann die elektrische Energie geregelt sein, so dass auch der Wärmestrom regelbar ist. Der Wärmestrom kann beispielsweise auf eine Pulsating Heat Pipe übertragen werden.
  • Beispielsweise stellen sowohl das elektrische Heizelement als auch eine zu kühlende Komponente der Wärmepumpe eine Wärmequelle für die zumindest eine Pulsating Heat Pipe dar. So kann in Summe eine höhere Wärmeleistung in die Pulsating Heat Pipe eingebracht werden.
  • In einem anderen Beispiel ist das elektrische Heizelement als alleinige Wärmequelle der Pulsating Heat Pipe vorgesehen. Der Vorteil dieser Variante besteht darin, dass die Wärme optimal und homogen auf die und/oder in der Tropfschale verteilt werden kann. Insbesondere bildet die Pulsating Heat Pipe selbst die Tropfschale aus. Die Pulsating Heat Pipe sorgt in diesem Fall für eine optimale Wärmeverteilung innerhalb der Tropfschale. Zusätzlich kann die Tropfschale nach unten hin thermisch isoliert sein.
  • Als Alternative zu einer elektrischen Beheizung mittels eines elektrischen Heizelements kann die zu kühlende Komponente energetisch ungünstig betrieben werden, so dass mehr Abwärme als bei einem energetisch günstigen Betrieb entsteht. Damit übernimmt die zu kühlende Komponente die Funktion der elektrischen Beheizung und es kann auf ein elektrisches Heizelement als zusätzliches Bauteil verzichtet werden.
  • Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung umfasst die Wärmepumpe ein weiteres elektrisches Heizelement, wobei das weitere elektrische Heizelement an der Tropfschale angeordnet und/oder in die Tropfschale integriert ist und dazu vorgesehen ist, die Tropfschale, insbesondere direkt, zu beheizen.
  • Zusätzlich zu der zumindest einen Pulsating Heat Pipe zum Beheizen der Tropfschale der Wärmepumpe, wobei die Pulsating Heat Pipe die Tropfschale mit zumindest einer Wärmequelle verbindet, kann an der Tropfschale ein weiteres elektrisches Heizelement als weitere Wärmequelle angeordnet sein. Das weitere elektrische Heizelement ist insbesondere dazu vorgesehen, die Tropfschale direkt zu beheizen. Das Beheizen der Tropfschale mit dem weiteren elektrischen Heizelement kann zeitlich allein ohne ein Einbringen eines Wärmestroms Q mittels der Pulsating Heat Pipe erfolgen. Alternativ oder ergänzend kann das Beheizen der Tropfschale mit dem weiteren elektrischen Heizelement zeitgleich (zusätzlich) zu einem Einbringen eines Wärmestroms Q mittels der Pulsating Heat Pipe erfolgen.
  • Das weitere elektrische Heizelement sollte derart ausgebildet sein, dass es die gesamte Tropfschale beheizen kann, damit auch eine lokale Eisbildung verhindert wird. Die Abwärme übertragende Pulsating Heat Pipe und das weitere elektrische Heizelement bilden somit eine hybride Beheizung der Tropfschale. Dies kann in solchen Betriebspunkten der Wärmepumpe von Interesse sein, bei denen nicht oder noch nicht ausreichend Abwärme zur ausreichenden Beheizung der Tropfschale zur Verfügung steht.
  • Die Temperatur des elektrischen Heizelements und/oder des weiteren elektrischen Heizelements kann anhand seiner elektrischen Bestromung auf die Temperatur der zu kühlenden Komponente geregelt werden. Liegt die Temperatur der zu kühlenden Komponente über einer vordefinierten Temperatur, so wird das elektrische Heizelement nicht bestromt. Liegt die Temperatur unter einer weiteren vordefinierten Temperatur, so wird das elektrische Heizelement derart bestromt, dass die Temperatur wieder über die vordefinierte Temperatur steigt.
  • Die Bestromung des elektrischen Heizelements und/oder des weiteren elektrischen Heizelements zum Zweck einer Wärmeerzeugung kann auch anhand einer vordefinierten Solltemperatur der Tropfschale geregelt werden.
  • Die Bestromung des elektrischen Heizelements und/oder des weiteren elektrischen Heizelements zum Zweck einer Wärmeerzeugung kann anhand einer Temperatur der Tropfschale geregelt werden. Dabei kann es sinnvoll sein, die Tropfschale auf einer Temperatur, insbesondere knapp, über dem Gefrierpunkt (0 °C) des Kondenswassers zu halten.
  • Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist die Pulsating Heat Pipe zumindest einen ersten Wärmeübertragerabschnitt zum wärmeleitenden Verbinden mit einer oder mehreren Wärmequellen und/oder zumindest einen zweiten Wärmeübertragerabschnitt zum wärmeleitenden Verbinden mit der Tropfschale auf.
  • Damit ist eine Wärmeübertragung von der Wärmequelle über die Pulsating Heat Pipe auf die Tropfschale besonders effektiv und leicht erreichbar.
  • Der erste Wärmeübertragerabschnitt kann mit der Wärmequelle, insbesondere einer im Wärmepumpenbetrieb sich erwärmenden Komponente der Wärmepumpe, verbunden sein. Der erste Wärmeübertragerabschnitt dient insbesondere zum Aufnehmen von Wärme von der Wärmequelle und zum Verdampfen des flüssigen Arbeitsfluides. Der erste Wärmeübertragerabschnitt kann insbesondere als Verdampferabschnitt der Pulsating Heat Pipe fungieren.
  • Der erste Wärmeübertragerabschnitt umfasst einen ersten Kanalstrukturabschnitt mit einem ersten Abschnitt des Mikrokanals.
  • Alternativ oder ergänzend kann die Pulsating Heat Pipe auch zwei oder mehrere erste Wärmeübertragerabschnitte aufweisen. Die zwei oder mehreren ersten Wärmeübertragerabschnitte können mit ein und derselben Wärmequelle verbunden sein. Alternativ können die zwei oder mehreren ersten Wärmeübertragerabschnitte mit zwei oder mehreren Wärmequellen verbunden sein.
  • Der zweite Wärmeübertragerabschnitt kann mit der Tropfschale verbunden sein. Der zweite Wärmeübertragerabschnitt dient insbesondere zum Kondensieren des dampfförmigen Arbeitsfluides und zum Abgeben von Wärme an die Tropfschale. Der zweite Wärmeübertragerabschnitt kann insbesondere als Kondensatorabschnitt der Pulsating Heat Pipe fungieren. Der zweite Wärmeübertragerabschnitt umfasst einen zweiten Kanalstrukturabschnitt mit einem zweiten Abschnitt des Mikrokanals.
  • Alternativ oder ergänzend kann die Pulsating Heat Pipe auch zwei oder mehrere zweite Wärmeübertragerabschnitte aufweisen. Die zwei oder mehreren zweiten Wärmeübertragerabschnitte können mit zwei oder mehreren Abschnitten der Tropfschale verbunden sein. Beispielsweise kann ein zweiter Wärmeübertragerabschnitt mit einem Boden der Tropfschale verbunden sein. Ein weiterer zweiter Wärmeübertragerabschnitt kann mit einer Seitenwand der Tropfschale verbunden sein.
  • Zwischem dem ersten Wärmeübertragerabschnitt und dem zweiten Wärmeübertragerabschnitt der Pulsating Heat Pipe kann ein Zwischenwärmeübertragerabschnitt angeordnet sein, der auch als adiabate Zone bezeichnet werden kann. Der Zwischenwärmeübertragerabschnitt kann einen Zwischenkanalstrukturabschnitt mit einem Zwischenmikrokanalabschnitt umfassen und ist vorteilhafterweise wärmegedämmt.
  • In der Praxis muss es diesen Zwischenwärmeübertragerabschnitt nicht zwingend geben, dieser ist optional je nach Anwendungsfall, er muss auch nicht zwingend wärmegedämmt sein.
  • Zumindest der erste Abschnitt des Mikrokanals und der zweite Abschnitt des Mikrokanals bilden zusammen einen durchgängigen Mikrokanal der Pulsating Heat Pipe. Im Falle eines Vorhandenseins eines Zwischenwärmeübertragerabschnitts können auch der erste Abschnitt des Mikrokanals, der zweite Abschnitt des Mikrokanals und der Zwischenmikrokanalabschnitt zusammen einen durchgängigen Mikrokanal der Pulsating Heat Pipe bilden. Dabei kann die Pulsating Heat Pipe einen oder mehrere Mikrokanäle umfassen.
  • Die Pulsating Heat Pipe umfasst vorteilhafterweise zumindest einen mäanderförmigen Mikrokanal. Mittels der mäanderförmigen Anordnung des Mikrokanals kann eine Wärmeübertragungskontaktfläche vergrößert und besonders effektiv gestaltet werden. Insbesondere durch eine Länge und einen Abstand der mäandernden Mikrokanalschleifen kann die Wärmeübertragungskontaktfläche verändert werden.
  • Die Pulsating Heat Pipe beziehungsweise der Mikrokanal gliedern sich insbesondere in zumindest zwei fluidisch miteinander verbundene Wärmeübertragerabschnitte. In beiden Wärmeübertragerabschnitten kann der Mikrokanal mäanderförmig angeordnet sein.
  • Mittels des Mikrokanalmäanders kann die Wärme der Wärmequelle vom Ort der Wärmeeinbringung in die Pulsating Heat Pipe (beispielsweise eine relativ kleine Wärmeübertragungskontaktfläche zwischen Pulsating Heat Pipe und Wärmequelle) bis zum Ort der Wärmeauskopplung in die Tropfschale (beispielsweise eine relativ große Wärmeübertragungskontaktfläche zwischen Pulsating Heat Pipe und Tropfschale) gespreizt werden. Die Pulsating Heat Pipe fungiert somit als Wärmespreizelement.
  • Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist die Tropfschale als ein Wärmeübertragerabschnitt der Pulsating Heat Pipe ausgebildet.
  • Mit einer solchen Ausgestaltung ist eine Wärmeübertragung von der Wärmequelle über die Pulsating Heat Pipe auf die Tropfschale mit wenigen Bauteilen erreichbar.
  • Beispielsweise kann die Tropfschale als zweiter Wärmeübertragerabschnitt ausgebildet sein. Insbesondere kann der zweite Wärmeübertragerabschnitt in der Tropfschale integriert ausgebildet sein.
  • Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist die Tropfschale zumindest eine Begrenzungswand auf, wobei in der Begrenzungswand oder an der Begrenzungswand der Tropfschale ein zweiter mäanderförmiger Kanalstrukturabschnitt ausgebildet ist. Der zweite Kanalstrukturabschnitt ist Teil einer Kanalstruktur der Pulsating Heat Pipe und ist als ein, insbesondere zweiter, Wärmeübertragerabschnitt der Pulsating Heat Pipe ausgebildet.
  • Insbesondere kann der zweite Kanalstrukturabschnitt in der Tropfschale integriert ausgebildet sein.
  • Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist die Wärmequelle zumindest eine Begrenzungswand auf, wobei in der Begrenzungswand oder an der Begrenzungswand der Wärmequelle ein erster mäanderförmiger Kanalstrukturabschnitt ausgebildet ist. Der erste Kanalstrukturabschnitt ist Teil einer Kanalstruktur der Pulsating Heat Pipe und ist als ein, insbesondere erster, Wärmeübertragerabschnitt der Pulsating Heat Pipe ausgebildet.
  • Insbesondere kann der erste Kanalstrukturabschnitt in der Wärmequelle integriert ausgebildet sein.
  • Mit einer solchen Ausgestaltung ist eine effektive Wärmeübertragung von der Wärmequelle über die Pulsating Heat Pipe auf die Tropfschale erreichbar.
  • Unter einer Kanalstruktur soll hier insbesondere eine geometrische Struktur des Mikrokanals der Pulsating Heat Pipe verstanden werden. Unter einem Kanalstrukturabschnitt soll hier insbesondere eine geometrische Struktur eines Teils der Kanalstruktur verstanden werden.
  • Der zweite Kanalstrukturabschnitt dient insbesondere als zweiter Wärmeübertragerabschnitt der Pulsating Heat Pipe zum Kondensieren des Arbeitsfluides. Der erste Kanalstrukturabschnitt dient insbesondere als erster Wärmeübertragerabschnitt der Pulsating Heat Pipe zum Verdampfen des Arbeitsfluides.
  • Die Tropfschale und/oder die Wärmequelle weisen als zumindest eine Begrenzungswand insbesondere zumindest einen Boden und/oder zumindest eine Seitenwand auf. Die zumindest eine Begrenzungswand kann insbesondere schalenförmig, quaderförmig oder kastenförmig ausgebildet sein.
  • Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung umfasst die Begrenzungswand der Tropfschale zumindest ein, insbesondere extrudiertes, Mehrkanalelement und/oder Mikrokanalelement und/oder Multiportelement zur Ausbildung des Kanalstrukturabschnitts.
  • Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung umfasst die Begrenzungswand der Wärmequelle zumindest ein, insbesondere extrudiertes, Mehrkanalelement (auch Mikrokanalelement und/oder Multiportelement genannt) zur Ausbildung des Kanalstrukturabschnitts.
  • Mit einer solchen Ausgestaltung ist eine Wärmeübertragung von der Wärmequelle über die Pulsating Heat Pipe auf die Tropfschale besonders kostengünstig realisierbar.
  • Das Mehrkanalelement weist zumindest einen rohrförmigen Mikrokanal, insbesondere mehrere rohrförmige Mikrokanäle, auf, dessen/deren Durchmesser vorteilhafterweise etwa im Bereich 0,5 Millimeter bis 2 Millimeter liegt. Der eine Mikrokanal oder die mehreren Mikrokanäle verlaufen, insbesondere parallel zueinander, längs durch das Element. Das Mehrkanalelement kann insbesondere einen Abschnitt eines flachen, extrudierten und/oder Strangpressprofils umfassen.
  • Das zumindest eine Mehrkanalelement kann an seinen Enden mit entsprechenden stirnseitigen Begrenzungswänden oder Endkappen versehen werden. Diese Endkappen weisen ihrerseits ebenfalls Mikrokanäle auf. Die Endkappen sind einerseits ausgebildet, um die Mikrokanäle der Mehrkanalelemente arbeitsfluiddicht zu einem mäandrierenden Kanalsystem zu verbinden. Die Endkappen sind andererseits ausgebildet, um zusammen mit den Mehrkanalelementen die Tropfschale zu bilden.
  • Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist die Begrenzungswand der Tropfschale zumindest eine, insbesondere tiefgezogene, gestanzte oder geprägte, kanalförmige Vertiefung zur Ausbildung des Kanalstrukturabschnitts auf, wobei die Vertiefung durch eine zur Begrenzungswand benachbarte zweite Wand umfänglich verschlossen ist.
  • Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist die Begrenzungswand der Wärmequelle zumindest eine, insbesondere tiefgezogene, gestanzte oder geprägte, kanalförmige Vertiefung zur Ausbildung des Kanalstrukturabschnitts auf, wobei die Vertiefung durch eine zur Begrenzungswand benachbarte zweite Wand umfänglich verschlossen ist.
  • Mit einer solchen Ausgestaltung ist eine Wärmeübertragung von der Wärmequelle über die Pulsating Heat Pipe auf die Tropfschale mit besonders leichten Bauteilen erreichbar.
  • Beispielsweise umfasst die Begrenzungswand ein Blech zur Ausbildung einer Wandfläche. Insbesondere verlaufen der Kanal oder die Kanäle dabei, beispielsweise mäanderförmig, durch die kanalförmigen Vertiefungen des Blechs. Der Kanal oder die Kanäle können durch ein der Begrenzungswand benachbartes oder auf die Begrenzungswand aufgelegtes weiteres Blech verschlossen sein. Beispielsweise sind die Begrenzungswand und das weitere Blech durch Schweißen, Laserschweißen, Reibrührschweißen, Widerstandsschweißen, Roll-Bonding oder Hartlöten arbeitsfluiddicht miteinander verbunden.
  • Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist die Pulsating Heat Pipe eine durchströmbare Kanalstruktur und zumindest einen ersten Aktor auf und ist als eine schaltbare Pulsating Heat Pipe ausgebildet. Der erste Aktor ist dazu ausgebildet, eine Durchgängigkeit der Kanalstruktur schaltend zu unterbrechen und/oder zu öffnen.
  • Mit einer solchen Ausgestaltung kann eine Beheizung der Tropfschale bei Bedarf zugeschaltet oder abgeschaltet werden.
  • Der erste Aktor kann insbesondere als ein schaltbares Ventil ausgebildet sein, mit dem die erste Kanalstruktur und/oder der erste Wärmeübertragerabschnitt von der zweiten Kanalstruktur und/oder dem zweiten Wärmeübertragerabschnitt fluidisch getrennt und/oder wieder verbunden werden kann.
  • Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist zumindest einer der Wärmeübertragerabschnitte einen Aktor auf und ist als ein schaltbarer Wärmeübertragerabschnitt ausgebildet. Ein zweiter Aktor ist insbesondere dazu ausgebildet, eine Wärmeleitung zwischen dem zweiten Wärmeübertragerabschnitt und der Tropfschale zu unterbrechen und/oder freizugeben. Ein dritter Aktor ist insbesondere dazu ausgebildet, eine Wärmeleitung zwischen dem ersten Wärmeübertragerabschnitt und der Wärmequelle schaltend zu unterbrechen und/oder freizugeben.
  • Mit einer solchen Ausgestaltung kann eine Beheizung der Tropfschale bei Bedarf zugeschaltet oder abgeschaltet werden.
  • Der Aktor kann insbesondere als ein schaltbarer Mechanismus ausgebildet sein, mit dem die wärmeleitende Verbindung aufgehoben oder wieder hergestellt werden kann. Beispielsweise kann mittels des zweiten Aktors der zweite Wärmeübertragerabschnitt von der Tropfschale räumlich getrennt und/oder wieder mit ihr verbunden werden. Beispielsweise kann mittels des dritten Aktors der erste Wärmeübertragerabschnitt von der Wärmequelle räumlich getrennt oder wieder mit ihr verbunden werden.
  • Bei dem schaltbaren Mechanismus kann es sich insbesondere um einen auf Basis einer Temperatur schaltbaren Mechanismus handeln, der die thermische Anbindung des Wärmeübertragerabschnitts an die Tropfschale und/oder die Wärmequelle ab einer bestimmten Temperatur aufhebt. Beispielsweise kann der Mechanismus ein Bimetallelement oder eine Bimetallfeder umfassen.
  • Eine wärmeleitende Verbindung kann mittels eines flexiblen thermischen Interface-Materials, beispielsweise eine Wärmeleitpaste, eine Wärmeleitmatte oder ein Wärmeleitpad, hergestellt und/oder verbessert werden.
  • Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung kann eine temperaturgesteuerte Beheizung der Tropfschale mittels gezielt eingesetztem Dry Out der Pulsating Heat Pipe erfolgen.
  • Mit einer solchen Ausgestaltung kann eine Beheizung der Tropfschale bei Bedarf zugeschaltet oder abgeschaltet werden.
  • Nach dem Stand der Technik soll der bekannte physikalische Effekt des Dry Out eigentlich vermieden werden, da die Pulsating Heat Pipe oberhalb einer Grenztemperatur keine Wärme mehr überträgt. Ab Erreichen und oberhalb dieser Grenztemperatur ist zumindest der erste Wärmeübertragerabschnitt und/oder große Bereiche der Kanalstruktur oder die gesamte Kanalstruktur vollständig mit der Dampfphase des Arbeitsfluids gefüllt ist. Die Pulsationsbewegung des Arbeitsfluids kommt dadurch zum Erliegen und es wird nahezu keine Wärme mehr abgeführt.
  • Hier wird der Dry Out bewusst ausgenutzt, um die Pulsating Heat Pipe oberhalb der Grenztemperatur abzuschalten. Dieser Effekt kann durch die konstruktive Auslegung und die Wahl des Arbeitsfluids gezielt herbeigeführt werden. Die entscheidenden Parameter sind bespielsweise die Art des Arbeitsfluids, die Füllmenge der Kanalstruktur mit Arbeitsfluid im Verhältnis zum Kanalvolumen der Pulsating Heat Pipe, der Durchmesser der Kanalstruktur, die Oberflächenbeschaffenheit der Kanalstruktur und die Dichte der Kanalstruktur.
  • Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung umfasst die Wärmepumpe eine erste Pulsating Heat Pipe und eine zweite Pulsating Heat Pipe, wobei die erste Pulsating Heat Pipe und die zweite Pulsating Heat Pipe in Reihe angeordnet sind. Die erste Pulsating Heat Pipe verbindet die Tropfschale mit einem Wärmeleitelement. Die zweite Pulsating Heat Pipe verbindet das Wärmeleitelement mit der zumindest einen Wärmequelle. An dem Wärmeleitelement ist ein elektrisches Heizelement als eine weitere Wärmequelle angeordnet.
  • Vorteilhafterweise liegt das Wärmeleitelement im Betrieb auf einem Temperatur-Zwischenniveau zwischen einer Temperatur der Wärmequelle und einer Temperatur der Tropfschale. Das Wärmeleitelement kann beispielsweise einen kleinen Block, insbesondere einen Metallblock, umfassen, dessen Temperatur auf einen Wert zwischen der Wärmequellentemperatur und der Tropfschalentemperatur geregelt wird. Das Wärmeleitelement stellt damit eine Wärmequelle der ersten Pulsating Heat Pipe (mit der Tropfschale als Wärmesenke) und gleichzeitig eine Wärmesenke für die zweite Pulsating Heat Pipe dar (mit der zu kühlenden Komponente als Wärmequelle).
  • Das an dem Wärmeleitelement angeordnete elektrische Heizelement als eine weitere Wärmequelle kann beispielsweise durch ein Peltierelement gebildet sein.
  • Eine solche Ausgestaltung mit einer ersten Pulsating Heat Pipe und einer zweiten Pulsating Heat Pipe, verbunden über ein Wärmeleitelement, ist dann besonders vorteilhaft, wenn die Wärmequelle ein zu geringes Temperaturniveau oder eine zu geringe Wärmeleistung aufweist. So kann insbesondere das Temperaturniveau der zweiten Pulsating Heat Pipe auf das nutzbare Temperaturniveau der ersten Pulsating Heat Pipe mit hohem Wirkungsgrad angehoben werden.
  • Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist die Pulsating Heat Pipe eine durchströmbare Kanalstruktur auf, die mit einem Kältemittel als Arbeitsfluid befüllt oder befüllbar ist. Insbesondere sind die Kältemittel R1233zd(E), R1234ze, R1234yf oder Propan geeignet, als Arbeitsfluid verwendet zu werden.
  • Mit einer solchen Auswahl an Arbeitsfluid kann eine Pulsating Heat Pipe zum Beheizen der Tropfschale besonders effektiv betrieben werden.
    • Zeichnung
  • Weitere Ausgestaltungen und Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen. Es zeigt schematisch und nicht maßstabsgetreu:
    • Figur 1
    Prinzip einer beispielhaften Wärmepumpe,
    Figur 2
    Prinzip einer Pulsating Heat Pipe,
    Figur 3
    ein erstes Ausführungsbeispiel einer Pulsating Heat Pipe-Anordnung,
    Figur 4
    ein zweites Ausführungsbeispiel einer Pulsating Heat Pipe-Anordnung,
    Figur 5
    ein drittes Ausführungsbeispiel einer Pulsating Heat Pipe-Anordnung,
    Figur 6
    ein erstes und zweites Ausführungsbeispiel einer Tropfschale im Querschnitt,
    Figur 7
    ein drittes Ausführungsbeispiel einer Tropfschale im Querschnitt,
    Figur 8
    ein viertes Ausführungsbeispiel einer Tropfschale im Querschnitt,
    Figur 9
    ein fünftes Ausführungsbeispiel einer Tropfschale im Querschnitt,
    Figur 10
    ein viertes Ausführungsbeispiel einer Pulsating Heat Pipe-Anordnung,
    Figur 11
    Prinzip einer weiteren beispielhaften Wärmepumpe,
    Figur 12
    ein fünftes Ausführungsbeispiel einer Pulsating Heat Pipe-Anordnung,
    Figur 13
    ein sechstes Ausführungsbeispiel einer Pulsating Heat Pipe-Anordnung,
    Figur 14
    ein siebtes Ausführungsbeispiel einer Pulsating Heat Pipe-Anordnung,
    Figur 15
    ein achtes Ausführungsbeispiel einer Pulsating Heat Pipe-Anordnung,
    Figur 16
    verschiedene Anbringungsformen eines Heizelements an einer Pulsating Heat Pipe.
  • Figur 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau der beispielhaften Wärmepumpe 100.
  • Bei dem Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine Luft-Wasser-Wärmepumpe 100 mit einem Verdampfer 102, einem Verdichter 104, einem Verflüssiger 106 und einer Entspannungsvorrichtung 108. Mittels Rohrleitungselementen 110 sind die vorgenannten Komponenten zu einem primärseitig von Kältemittel 50 durchströmbaren Kältemittelkreis verbunden. Die Wärmepumpe 100 umfasst weiter einen Ventilator 112 zum Fördern eines Außenluftstroms 10, der den Verdampfer 102 sekundärseitig durchströmt. Die Wärmepumpe 100 umfasst weiter ein Steuergerät 114 zum Ansteuern des Verdichters 104, der Entspannungsvorrichtung 108 und des Ventilators 112. Das Steuergerät 114 kann eine Steuerelektronik, eine Leistungselektronik und/oder einen Inverter umfassen. Die Wärmepumpe 100 umfasst weiter eine Anschlussvorrichtung 116 zum Verbinden der Wärmepumpe 100, insbesondere des Verflüssigers 106, mit einem externen Verbraucher, beispielsweise ein in einem Heizkreislauf zirkulierender Heizwasserstrom 20.
  • Die Wärmepumpe 100 umfasst weiter eine Tropfschale 118, die dem Verdampfer 102 zugeordnet ist. Die Tropfschale 118 ist insbesondere in Schwerkraftrichtung 30 unter dem Verdampfer 102 angeordnet und dient dem Auffangen und Ableiten von Kondenswasser 40 und/oder Kondenswassereis 40, das im Betrieb der Wärmepumpe 100 anfallen kann.
  • Im Betrieb entzieht die Wärmepumpe 100 einem ersten Wärmereservoir Wärme auf einem niedrigen Temperaturniveau, hebt diese Wärme mittels des Verdichters 104 auf ein höheres Temperaturniveau, und gibt Wärme an ein zweites Wärmereservoir ab. Mindestens zwei Betriebszustände können unterschieden werden.
  • In einem Heizbetrieb der Wärmepumpe 100 (die Strömungsrichtung des Kältemittels 50 im Kältemittelkreis verläuft in Figur 1 beispielsweise im Uhrzeigersinn, siehe durchgezogener Pfeil 51) kann das erste Wärmereservoir beispielsweise der Außenluftstrom 10 sein und kann das zweite Wärmereservoir der Heizwasserstrom 20 sein. Dabei kann Luftfeuchtigkeit im Außenluftstrom 10 am Verdampfer 102 zu Kondenswasser 40 kondensieren und in die Tropfschale 118 tropfen. Unter bestimmten Betriebsbedingungen und Außenluftbedingungen kann das Kondenswasser 40 auch am Verdampfer 102 zu Kondenswassereis 40 gefrieren.
  • In einem Abtaubetrieb (auch in einem Kühlbetrieb) der Wärmepumpe 100 wird der Verdampfer 102 erwärmt. Die Erwärmung des Verdampfers 102 kann beispielsweise durch Umkehr der Strömungsrichtung (siehe gestrichelter Pfeil 52) des Kältemittels 50 im Kältemittelkreis erfolgen. Diese Umkehr der Strömungsrichtung kann insbesondere mittels eines Vierwegeventils (hier nicht dargestellt) ermöglicht sein. Im Abtaubetrieb kann das erste Wärmereservoir beispielsweise der Heizwasserstrom 20 sein und kann das zweite Wärmereservoir der Außenluftstrom 10 sein. Eventuelles Kondenswassereis 40 am Verdampfer 102 wird geschmolzen und tropft in die Tropfschale 118.
  • In beiden Betriebsarten können Kondenswasser 40 und/oder Kondenswassereis 40 von dem Verdampfer 102 in die Tropfschale 118 tropfen beziehungsweise fallen. Auch in der Tropfschale 118 kann das Kondenswasser 40 zu Kondenswassereis 40 gefrieren, dann ist ein sicheres Ableiten von Kondenswasser 40 aus der Tropfschale 118 nicht mehr gewährleistet.
  • Die Wärmepumpe 100 umfasst weiter eine Pulsating Heat Pipe 200. Die Pulsating Heat Pipe 200 stellt eine wärmeleitende und/oder wärmeübertragende Verbindung zwischen einer Wärmequelle 120 und der Tropfschale 118 her. Im hier dargestellten Ausführungsbeispiel dient das Steuergerät 114 als Wärmequelle 120. Die Pulsating Heat Pipe 200 ist so ausgebildet und angeordnet, dass mit ihr die Wärmequelle 120 gekühlt und die Tropfschale 118 beheizt werden kann.
  • Figur 2 zeigt den prinzipiellen Aufbau der Pulsating Heat Pipe 200.
  • Die Pulsating Heat Pipe 200 umfasst vorliegend eine ringförmig zu einer Endlosschleife geschlossene Kanalstruktur 202 mit einem konzentrisch darin ausgebildeten rohrförmigen Mikrokanal 204. Die Kanalstruktur 202 ist zumindest abschnittsweise mäanderförmig angeordnet. Der Mikrokanal 204 ist teilweise mit einem Arbeitsfluid, insbesondere einem Kältemittel, befüllt. Die Pulsating Heat Pipe 200 ist dazu ausgebildet, Wärme von thermischen Hotspots abzuführen und Wärmesenken zuzuführen. Dazu weist die Pulsating Heat Pipe einen ersten Wärmeübertragerabschnitt 206 zum wärmeleitenden Verbinden mit einer Wärmequelle auf sowie einen zweiten Wärmeübertragerabschnitt 208 zum wärmeleitenden Verbinden mit einer Wärmesenke.
  • Der erste Wärmeübertragerabschnitt 206 fungiert als Verdampfer der Pulsating Heat Pipe 200 für das Arbeitsfluid, hier wird ein Wärmestrom Q einer Wärmequelle in die Pulsating Heat Pipe 200 beziehungsweise in das Arbeitsfluid im Mikrokanal 204 eingebracht. Dabei verdampft das Arbeitsfluid lokal und es entstehen Druckgradienten, die das Arbeitsfluid durch den Mikrokanal 204 befördern. Dabei wandern die Dampfblasen in den zweiten Wärmeübertragerabschnitt 208, der als Kondensator der Pulsating Heat Pipe 200 für das Arbeitsfluid fungiert, wo sie kondensieren. Hier wird der Wärmestrom Q aus der Pulsating Heat Pipe 200 in eine Wärmesenke ausgekoppelt.
  • Generell kann die Pulsating Heat Pipe 200 in der Wärmepumpe 100 immer als wärmeleitende und/oder wärmeübertragende Verbindung zwischen einer Wärmequelle und einer Wärmesenke eingesetzt werden. Der Vorteil im Vergleich zu einem klassischen Wärmeübertrager ist, dass es gibt kaum Einschränkungen gibt, die durch die Anordnung der Komponenten und das Design entstehen.
  • Mittels der Pulsating Heat Pipe 200 kann die Abwärmeableitung von der Wärmequelle und die Wärmeweitergabe an die Wärmesenke geometrie- und lageunabhängig gelöst werden.
  • Unter geometrieunabhängig soll hier insbesondere verstanden werden, dass die Pulsating Heat Pipe 200 an zumindest fast jede Geometrie der Wärmequelle am Ort der Wärmeeinleitung und/oder der Wärmesenke am Ort der Wärmeabgabe angepasst werden kann. Unter lageunabhängig soll hier insbesondere verstanden werden, dass die räumliche Lage von Wärmequelle und Wärmesenke zueinander zumindest fast keinen Einfluss auf die Funktion der sie wärmeleitend und/oder wärmeübertragend verbindenden Pulsating Heat Pipe 200 hat.
  • Die räumliche Distanz zwischen Wärmequelle 120 und Wärmesenke kann durch die Pulsating Heat Pipe 200 überbrückt werden. Gewollt räumlich getrennte Bereiche können getrennt bleiben und trotzdem ist eine Wärmeübertragung zwischen den Bereichen möglich. Beispielsweise können ein Inverter einerseits und Bereiche mit einem gegebenenfalls entflammbaren Wärmepumpenkältemittel andererseits räumlich voneinander getrennt sein und dennoch wärmeleitend und/oder wärmeübertragend miteinander verbunden sein.
  • Zur Überbrückung einer räumlichen Distanz zwischen Wärmequelle 120 und Wärmesenke ist in Figur 2 zwischem dem ersten Wärmeübertragerabschnitt 206 und dem zweiten Wärmeübertragerabschnitt 208 ein Zwischenwärmeübertragerabschnitt 212 angeordnet. Der Zwischenwärmeübertragerabschnitt 212 kann einen Zwischenkanalstrukturabschnitt mit einem Zwischenmikrokanalabschnitt umfassen und ist vorteilhafterweise wärmegedämmt. Der Zwischenwärmeübertragerabschnitt 212 dient insbesondere der Wärmeleitung und/oder Wärmeübertragung innerhalb der Pulsating Heat Pipe 200.
  • Alle technischen Kältekreise (beispielsweise Wärmepumpen 100 und Kältemaschinen) mit einem Luft-Kältemittel-Verdampfer 102 können von der Erfindung profitieren. Dies gilt neben den beschriebenen Luft-Wasser-Wärmepumpen insbesondere auch für Verdampfer von Kühlhäusern.
  • Vorteile der Pulsating Heat Pipe 200 im Vergleich zu einem klassischen Wärmeübertrager oder einer klassischen Heat Pipe sind: Es gibt kaum Einschränkungen, die durch die Anordnung der Komponenten und das Design entstehen. Die räumliche Distanz zwischen Wärmequelle und Wärmesenke kann durch die Pulsating Heat Pipe 200 überbrückt werden. Gewollt räumlich getrennte Komponenten oder Bereiche der Wärmepumpe 100 können getrennt bleiben und trotzdem ist eine Wärmeübertragung zwischen den Komponenten oder Bereichen möglich. Ein Inverter könnte bei räumlicher Nähe zu den Komponenten des Kältemittelkreises ungewollt eine Zündquelle für ein entflammbares Kältemittel wie beispielsweise Propan darstellen; bei Verwendung einer Pulsating Heat Pipe 200 zur Wärmeübertragung zwischen Inverter und Tropfschale 118 können diese dennoch leicht räumlich getrennt angeordnet sein.
  • Figur 3 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der Pulsating Heat Pipe-Anordnung.
  • Der erste Wärmeübertragerabschnitt 206 der Pulsating Heat Pipe 200 ist in Form eines mäanderförmigen ersten Kanalstrukturabschnitts ausgebildet. Der erste Wärmeübertragerabschnitt 206 ist mit einer Wärmequelle 120 wärmeleitend verbunden. Alternativ könnte der erste Wärmeübertragerabschnitt 206 in der Wärmequelle 120, beispielsweise in Gehäusewänden der Wärmequelle 120, integriert ausgebildet sein.
  • Der zweite Wärmeübertragerabschnitt 208 weist einen mäanderförmigen zweiten Kanalstrukturabschnitt auf. Der zweite Wärmeübertragerabschnitt 208 ist mit der Tropfschale 118 wärmeleitend verbunden. Alternativ ist der zweite Wärmeübertragerabschnitt 208 in der Tropfschale 118, beispielsweise in Begrenzungswänden der Tropfschale 118, integriert ausgebildet.
  • Der Mikrokanäle 204 des zweiten Wärmeübertragerabschnitts 208 verlaufen mäanderförmig insbesondere durch den Boden 122 und/oder die Seitenwände 124 der Tropfschale 118. Die Mikrokanäle 204 werden von der Tropfschale 118 zu einem ersten Wärmeübertragerabschnitt 206 geführt, der wärmeleitend mit einer Wärmequelle 120 verbunden ist. Dies kann eine beliebige warme Komponente der Wärmepumpe 100 sein, die ausreichend thermische Verlustleistung abgibt. Der erste Wärmeübertragerabschnitt 206 der Pulsating Heat Pipe 200 wird dann thermisch an die warme Komponente angebunden und nimmt so die Wärme der Komponente auf. Der erste Wärmeübertragerabschnitt 206 an der warmen Komponente stellt damit den Verdampferabschnitt der Pulsating Heat Pipe 200 dar. Durch den Transportmechanismus der Pulsating Heat Pipe 200 wird die Wärme anschließend in die Mikrokanäle 204 des zweiten Wärmeübertragerabschnitts 208 an der Tropfschale 118 transportiert. Dort wird die Wärme an die Tropfschale 118 sowie an das in der Tropfschale 118 befindliche Kondenswasser 40 abgegeben. Eventuelles Kondenswassereis 40 in der Tropfschale 118 wird somit zum Schmelzen gebracht beziehungsweise es wird durch die Wärmeabgabe verhindert, dass sich überhaupt Kondenswassereis 40 in der Tropfschale 118 bilden kann. Der zweite Wärmeübertragerabschnitt 208 an der Tropfschale 118 stellt damit den Kondensatorabschnitt der Pulsating Heat Pipe 200 dar.
  • Die räumliche Distanz zwischen der Wärmequelle 120 und der Tropfschale 118 wird durch die Pulsating Heat Pipe 200 überbrückt. Zur Überbrückung der räumlichen Distanz zwischen Wärmequelle 120 und Tropfschale ist in Figur 3 zwischem dem ersten Wärmeübertragerabschnitt 206 und dem zweiten Wärmeübertragerabschnitt 208 ein Zwischenwärmeübertragerabschnitt 212 angeordnet. Der Zwischenwärmeübertragerabschnitt 212 umfasst einen Zwischenkanalstrukturabschnitt mit einem Zwischenmikrokanalabschnitt und ist vorteilhafterweise wärmegedämmt (hier nicht dargestellt). Der Zwischenwärmeübertragerabschnitt 212 dient insbesondere der Wärmeleitung und/oder Wärmeübertragung innerhalb der Pulsating Heat Pipe 200.
  • Da die Pulsating Heat Pipe 200 auch gebogen werden kann, kann die Wärme auch in einer zur Tropfschale 118 nicht parallelen Ebene der Wärmequelle 120 entnommen werden. Wie in Figur 3 zu sehen, könnte dies durch eine 90°-Biegung, insbesondere im Bereich des Zwischenwärmeübertragerabschnitt 212, realisiert werden. Der erste Wärmeübertragerabschnitt 206 und der zweite Wärmeübertragerabschnitt 208 können auch räumlich gestaltet werden und so wärmeleitend mit nicht-ebenen Abschnitten der Tropfschale 118 beziehungsweise der Wärmequelle 120 verbunden werden.
  • Figur 3 zeigt auch die mögliche Größengestaltung der Wärmeübertragerfläche des ersten Wärmeübertragerabschnitts 206 beziehungsweise des zweiten Wärmeübertragerabschnitts 208, die mit der Pulsating Heat Pipe erreicht werden kann. Wenn die Mäanderschleifen enger gepackt sind (erster Wärmeübertragerabschnitt 206) kann Wärme auf kleiner Wärmeübertragerfläche mit einer hohen Dichte übertragen werden, während die größere Wärmeübertragerfläche des zweiten Wärmeübertragerabschnitts 208 einen größeren Abstand und somit eine geringere Dichte der Mäanderschleifen hat.
  • Figur 4 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer Pulsating Heat Pipe-Anordnung.
  • Dargestellt ist eine Einheit oder Baueinheit aus einer Elektronikbox 126 der Wärmepumpe 100, der Pulsating Heat Pipe 200 und der Tropfschale 118. In der Elektronikbox 126 ist ein Inverter 128 der Wärmepumpe 100 angeordnet. Mittels des Inverters 128 kann der Verdichter 104 der Wärmepumpe 100, insbesondere die Förderleistung des Verdichters 104, gesteuert und/oder geregelt werden. Die im Wärmepumpenbetrieb entstehende Abwärme des Inverters 128 muss abgeleitet werden, um diesen vor Überhitzung zu schützen. Der Inverter 128 ist eine im Wärmepumpenbetrieb warme Komponente der Wärmepumpe 100 und kann als Wärmequelle 120 für die Pulsating Heat Pipe 200 dienen. Mittels der Pulsating Heat Pipe 200 kann die Abwärmeableitung von dem Inverter 128 geometrie- und lageunabhängig gelöst werden. Der Abwärmestrom wird zur Beheizung der Tropfschale 118 verwendet. Ein erster Wärmeübertragerabschnitt 206 der Pulsating Heat Pipe 200 wird wärmeleitend mit dem Inverter 128 verbunden oder in den Inverter 128 integriert. Ein zweiter Wärmeübertragerabschnitt 208 wird wärmeleitend mit der Tropfschale 118 verbunden oder in die Tropfschale 118 integriert. Die Tropfschale 118, die Pulsating Heat Pipe 200 und der Inverter 128 können auch als gekoppelte Einheit entwickelt werden.
  • An dem Verdampferabschnitt der Pulsating Heat Pipe 200 muss der Pulsating Heat Pipe 200 ein Wärmestrom zugeführt werden. In dem Kältemittelkreis der Wärmepumpe 100 gibt es mehrere Komponenten oder Stellen, die sich als Wärmequelle 120 eignen, da deren Wärmestrom oder Abwärmestrom nach dem Stand der Technik bisher nicht genutzt wird. Der Wirkungsgrad der Wärmepumpe 100 wird durch Nutzung des Wärmestroms nur sehr wenig verringert oder idealerweise sogar gesteigert. Geeignete Wärmequellen 120 sind eine Abwärme des Verdichters 104; eine Abwärme des Inverters 128 oder der Elektronikbox 126 ("Hot-Box"); ein Rohrleitungselement 110 stromabwärts des Verflüssigers 106 und stromaufwärts der Entspannungsvorrichtung 108; Wärme aus einem an die Wärmepumpe 100 angeschlossenen Heizkreislauf, vorzugsweise Wärme aus einem Rücklauf des Heizkreislaufs; Abwärme des Verdampfers 102 während des Abtaubetriebs.
  • Figur 5 zeigt einen Ausschnitt eines vereinfacht dargestellten dritten Ausführungsbeispiels einer Pulsating Heat Pipe-Anordnung.
  • Die Pulsating Heat Pipe 200 verbindet wärmeleitend und/oder wärmeübertragend die Tropfschale 118 mit einer warmen Komponente der Wärmepumpe 100. Die Pulsating Heat Pipe 200 weist einen ersten Wärmeübertragerabschnitt 206 zum wärmeleitenden Verbinden mit der Wärmequelle 120 und einen zweiten Wärmeübertragerabschnitt 208 zum wärmeleitenden Verbinden mit der Tropfschale 118 auf. In Figur 5 wird die wärmeleitende Verbindung zwischen Wärmequelle 120 und Pulsating Heat Pipe 200 mittels eines thermischen Interface-Materials 130 hergestellt und/oder verbessert.
  • Der erste Wärmeübertragerabschnitt 206 weist einen Aktor 210 auf und ist als ein schaltbarer Wärmeübertragerabschnitt ausgebildet. Der Aktor 210 ist dazu ausgebildet, eine Wärmeleitung zwischen dem ersten Wärmeübertragerabschnitt 206 und der Wärmequelle 120 schaltend zu unterbrechen und/oder freizugeben.
  • Nach Figur 5a ist die Wärmeleitung durch einen innigen Kontakt zwischen dem ersten Wärmeübertragerabschnitt 206, dem thermischen Interface-Material 130 und der Wärmequelle 120 hergestellt beziehungsweise freigegeben. Alternativ kann die Wärmeleitung auch direkt durch einen innigen Kontakt zwischen dem ersten Wärmeübertragerabschnitt 206 und der Wärmequelle 120 hergestellt beziehungsweise freigegeben sein.
  • Nach Figur 5b ist die Wärmeleitung unterbrochen beziehungsweise deutlich reduziert, weil der innige Kontakt zwischen dem ersten Wärmeübertragerabschnitt 206, dem thermischen Interface-Material 130 und/oder der Wärmequelle 120 unterbrochen ist. Vorliegend ist der erste Wärmeübertragerabschnitt 206 von dem thermischen Interface-Material 130 abgehoben, so dass sich ein Spalt, insbesondere ein Luftspalt, zwischen dem ersten Wärmeübertragerabschnitt 206 und dem thermischen Interface-Material 130 bildet. Alternativ kann auch der erste Wärmeübertragerabschnitt 206 zusammen mit dem thermischen Interface-Material 130 von der Wärmequelle 120 abheben, so dass sich ein Spalt, insbesondere ein Luftspalt, zwischen dem thermischen Interface-Material 130 und der Wärmequelle 120 bildet. Eine weitere Option ist, dass kein thermisches Interface-Material 130 zwischen der Wärmequelle 120 und dem ersten Wärmeübertragerabschnitt 206 vorliegt, so dass sich der Spalt zwischen der Wärmequelle 120 und dem ersten Wärmeübertragerabschnitt 206 bildet. Der Spalt bewirkt einen deutlich erhöhten Wärmeleitungs-Kontaktwiderstand. Um ein Abheben zu ermöglichen, ist der erste Wärmeübertragerabschnitt 206 flexibel oder verformbar ausgebildet. Alternativ ist der erste Wärmeübertragerabschnitt 206 flexibel oder verformbar an der Pulsating Heat Pipe 200 angebunden.
  • Der Aktor 210, der vorliegend ein Bimetallelement oder eine Bimetallfeder umfasst, unterbricht den innigen Kontakt zwischen dem ersten Wärmeübertragerabschnitt 206 , dem thermischen Interface-Material 130 und/oder der Wärmequelle 120. Bei dem Aktor 210 handelt es sich vorliegend um einen auf Basis einer Temperatur des ersten Wärmeübertragerabschnitts 206 schaltbaren Mechanismus, der die thermische Anbindung des ersten Wärmeübertragerabschnitts 206 an die Wärmequelle 120 ab einer bestimmten Grenztemperatur des ersten Wärmeübertragerabschnitts 206 aufhebt. Dazu ist das Bimetallelement oder die Bimetallfeder wärmeleitend mit dem ersten Wärmeübertragerabschnitt 206 verbunden. So wird eine eventuelle Überhitzung des ersten Wärmeübertragerabschnitts 206 vermieden. Die Grenztemperatur lässt sich beispielsweise anhand eines gewählten Materials, einer gewählten Stärke und/oder einer gewählten Vorspannung des Bimetallelements oder der Bimetallfeder konstruktiv auslegen.
  • Mit einer solchen Ausgestaltung kann die Pulsating Heat Pipe 200 und damit die Beheizung der Tropfschale 118 bei Bedarf zugeschaltet und/oder abgeschaltet werden.
  • Figur 6 zeigt ein erstes und zweites Ausführungsbeispiel einer Tropfschale 118 im Querschnitt.
  • Die Tropfschale 118 dient dem Auffangen, Sammeln und Ableiten von Kondenswasser 40. Die Tropfschale 118 weist einen Boden 122, eine Auslauföffnung (hier nicht dargestellt) in dem Boden 122 zum Ableiten des Kondenswassers 40 aus der Tropfschale 118 sowie mehrere Seitenwände 124 auf. Die Tropfschale 118 bildet einen flachen, in Schwerkraftrichtung nach oben offenen Behälter, in dem die vom Wärmepumpenverdampfer 102 herabfallenden Kondenswassertropfen 40 aufgefangen werden können. Am Boden 122 ist ein mäanderförmiger Kanalstrukturabschnitt ausgebildet, der Teil einer Kanalstruktur der Pulsating Heat Pipe 200 ist und als ein zweiter Wärmeübertragerabschnitt 208 der Pulsating Heat Pipe 200 ausgebildet ist.
  • Nach Figur 6a ist der Boden 122 der Tropfschale 118 im Wesentlichen eben. Eine zum Boden 122 benachbarte zweite Wand 123 weist, beispielsweise tiefgezogene, gestanzte oder geprägte, kanalförmige Vertiefungen zur Ausbildung des Kanalstrukturabschnitts auf. Diese Vertiefungen sind durch den Boden 122 umfänglich verschlossen, so dass der sich bildende Mikrokanal 204 arbeitsfluiddicht ist.
  • Nach Figur 6b weist der Boden 122 der Tropfschale 118, beispielsweise tiefgezogene, gestanzte oder geprägte, kanalförmige Vertiefungen zur Ausbildung des Kanalstrukturabschnitts auf. Diese Vertiefungen sind durch eine zum Boden 122 benachbarte zweite Wand 123 umfänglich verschlossen, so dass der sich bildende Mikrokanal arbeitsfluiddicht ist.
  • Die Figuren 7, 8 und 9 zeigen weitere Ausführungsbeispiele einer Tropfschale 118 im Querschnitt.
  • Der Boden 122 der Tropfschale 118 in Figur 7 ist aus zwei Mehrkanalelementen 132 gebildet. Der Boden 122 der Tropfschale 118 in Figur 8 ist aus einem Mehrkanalelement 132 gebildet, zwei weitere Mehrkanalelemente 132 bilden die rechte und linke Seitenwand 124. Der Boden 122 der Tropfschale 118 in Figur 9 ist aus sechs Mehrkanalelementen 132 gebildet.
  • Beispielsweise sind diese Mehrkanalelemente 132 aus flachen Strangpressprofilen gefertigt, die vorliegend von jeweils zwei oder drei Mikrokanälen 204 durchzogen sind. Durch ihre stumpfwinklige Anordnung zueinander sowie mit einer vorderen und hinteren stirnseitigen Begrenzungswand 124 (Endkappen) bilden sie einen flachen, in Schwerkraftrichtung nach oben offenen Behälter, in dem die vom Wärmepumpenverdampfer 102 herabfallenden Kondenswassertropfen 40 aufgefangen werden können. Die mehreren Mikrokanäle 204 der Mehrkanalelemente 132 sind durch entsprechende weitere Mikrokanäle in den stirnseitigen Begrenzungswänden 124 zu einem mäanderförmigen Kanalstrukturabschnitt verbunden, der Teil einer Kanalstruktur der Pulsating Heat Pipe 200 ist und als ein zweiter Wärmeübertragerabschnitt 208 der Pulsating Heat Pipe 200 ausgebildet ist.
  • Figur 10 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel einer Pulsating Heat Pipe-Anordnung in zwei verschiedenen Betriebszuständen. Die Pulsating Heat Pipe 200 verbindet wärmeleitend und/oder wärmeübertragend die Tropfschale 118 und den Wärmepumpenverdampfer 102.
  • Während des in Figur 10a gezeigten Heizbetriebs verdampft das Kältemittel des Kältemittelkreises im Wärmepumpenverdampfer 102. Der Wärmepumpenverdampfer 102 ist dabei kälter als die Tropfschale 118 und die sie umgebende Luft. Über die Pulsating Heat Pipe 200 erfolgt eine Wärmeübertragung von der Tropfschale 118 auf den Wärmepumpenverdampfer 102. Die Tropfschale 118 wirkt vorteilhafterweise wie eine Erweiterung des Wärmepumpenverdampfers 102 und stellt zusätzliche Wärme aus der Umgebung bereit. Die übertragene Wärme verbessert die Verdampfung und erhöht so den Wirkungsgrad der Wärmepumpe 100.
  • Während des in Figur 10b gezeigten Abtaubetriebs wird der Wärmepumpenverdampfer 102 erwärmt, um Kondenswassereis 40 an der Verdampferoberfläche zu schmelzen. Der Wärmepumpenverdampfer 102 ist dabei warm. Über die Pulsating Heat Pipe 200 erfolgt eine Wärmeübertragung von dem Wärmepumpenverdampfer 102 auf die Tropfschale 118. Die Tropfschale 118 wird erwärmt, eventuelles Kondenswassereis 40 in der Tropfschale 118 wird geschmolzen und kann über den Auslauf ablaufen.
  • Ein Vorteil der Nutzung des Wärmepumpenverdampfers 102 als Wärmequelle 120 für die Pulsating Heat Pipe 200 ist, dass die Tropfschale 118 durch die Pulsating Heat Pipe 200 nur in dem Zeitraum beheizt wird, in welchem vermehrt Kondenswasser 40 und Kondenswassereis 40 in der Tropfschale 118 anfällt.
  • Figur 11 zeigt den prinzipiellen Aufbau einer weiteren beispielhaften Wärmepumpe 100. Der Grundaufbau der weiteren beispielhaften Wärmepumpe 100 entspricht dem Prinzip aus Figur 1, auf deren Beschreibung hier Rückbezug genommen wird.
  • Die Wärmepumpe 100 umfasst eine erste Pulsating Heat Pipe 200 und eine zweite Pulsating Heat Pipe 200a. Die erste Pulsating Heat Pipe 200 stellt eine wärmeleitende und/oder wärmeübertragende Verbindung zwischen einer ersten Wärmequelle 120 und der Tropfschale 118 her. Die zweite Pulsating Heat Pipe 200a stellt eine wärmeleitende und/oder wärmeübertragende Verbindung zwischen einer zweiten Wärmequelle 120a und der Tropfschale 118 her.
  • Im hier dargestellten Ausführungsbeispiel dient das Steuergerät 114 als erste Wärmequelle 120. Ein elektrisches Heizelement 300 dient als zweite Wärmequelle 120a. Die erste Pulsating Heat Pipe 200 und die zweite Pulsating Heat Pipe 200a sind so ausgebildet und angeordnet, dass mit ihnen die Wärmequellen 120, 120a gekühlt und die Tropfschale 118 beheizt werden kann.
  • Die erste Pulsating Heat Pipe 200 und die zweite Pulsating Heat Pipe 200a sind hinsichtlich der durch sie an die Tropfschale 118 beförderten Wärmeströme parallel angeordnet, so dass jede der beiden Pulsating Heat Pipes 200, 200a die Tropfschale 118 mit einer Wärmequelle 120, 120a wärmeleitend verbindet und beheizen kann. Die Beheizung der Tropfschale 118 kann von den beiden Pulsating Heat Pipes 200, 200a gemeinsam, insbesondere zeitgleich, erfolgen. Alternativ kann die Beheizung der Tropfschale 118 von jeder einzelnen der beiden Pulsating Heat Pipes 200, 200a allein erfolgen. Dies wird abhängig von einer Beheizungserfordernis und dem verfügbaren Wärmeangebot, insbesondere der ersten Wärmequelle 120, entschieden.
  • Figur 12 zeigt ein fünftes Ausführungsbeispiel einer Pulsating Heat Pipe-Anordnung als Ausschnitt aus einem Gesamtaufbau einer erfindungsgemäßen Wärmepumpe 100. Der Grundaufbau der Pulsating Heat Pipe-Anordnung entspricht dem Prinzip aus Figur 4, auf deren Beschreibung hier Rückbezug genommen wird.
  • Dargestellt ist eine Einheit oder Baueinheit aus einer Elektronikbox 126 der Wärmepumpe 100, der Pulsating Heat Pipe 200 und der Tropfschale 118. In der Elektronikbox 126 ist ein Inverter 128 der Wärmepumpe 100 angeordnet. Der Inverter 128 kann als Wärmequelle 120 für die Pulsating Heat Pipe 200 dienen. Der Abwärmestrom des Inverters 128 wird zur Beheizung der Tropfschale 118 verwendet. Ein erster Wärmeübertragerabschnitt 206 der Pulsating Heat Pipe 200 wird wärmeleitend mit dem Inverter 128 verbunden oder in den Inverter 128 integriert. Mit der Pulsating Heat Pipe 200, insbesondere mit dem ersten Wärmeübertragerabschnitt 206 der Pulsating Heat Pipe 200, ist weiter ein elektrisches Heizelement 300 wärmeleitend verbunden. Das elektrische Heizelement 300 kann bei elektrischer Bestromung einen Wärmestrom erzeugen, der ebenfalls zur Beheizung der Tropfschale 118 verwendet werden kann. Ein zweiter Wärmeübertragerabschnitt 208 der Pulsating Heat Pipe 200 ist wärmeleitend mit der Tropfschale 118 verbunden oder in die Tropfschale 118 integriert. Die Tropfschale 118, die Pulsating Heat Pipe 200, der Inverter 128 und das elektrische Heizelement 300 können auch als gekoppelte Einheit ausgebildet sein.
  • Figur 13 zeigt ein sechstes Ausführungsbeispiel einer Pulsating Heat Pipe-Anordnung als Ausschnitt aus einem Gesamtaufbau einer erfindungsgemäßen Wärmepumpe 100. Der Grundaufbau der Pulsating Heat Pipe-Anordnung entspricht dem Prinzip aus Figur 4, auf deren Beschreibung hier Rückbezug genommen wird.
  • Die Pulsating Heat Pipe-Anordnung umfasst eine erste Pulsating Heat Pipe 200 und eine in Reihe dazu geschaltete zweite Pulsating Heat Pipe 200b. Die erste Pulsating Heat Pipe 200 verbindet die Tropfschale 118 wärmeleitend mit einem Wärmeleitelement 400. Die zweite Pulsating Heat Pipe 200b verbindet das Wärmeleitelement 400 wärmeleitend mit der Wärmequelle 120, hier als Inverter 128 ausgebildet. Ein Wärmestrom, der vom Inverter 128 in die zweite Pulsating Heat Pipe 200b eingebracht wird, strömt zu dem Wärmeleitelement 400, von dort weiter in die erste Pulsating Heat Pipe 200 und in die Tropfschale 118.
  • An dem Wärmeleitelement 400 ist ein elektrisches Heizelement 300 als eine weitere Wärmequelle 120b angeordnet ist. Das elektrische Heizelement 300 kann einen weiteren Wärmestrom erzeugen, der ebenfalls in die erste Pulsating Heat Pipe 200 eingebracht und in die Tropfschale 118 übertragen werden kann.
  • Figur 14 zeigt ein siebtes Ausführungsbeispiel einer Pulsating Heat Pipe-Anordnung als Ausschnitt aus einem Gesamtaufbau einer erfindungsgemäßen Wärmepumpe 100.
  • Die Pulsating Heat Pipe-Anordnung umfasst eine Pulsating Heat Pipe 200, ein elektrisches Heizelement 300 als alleinige Wärmequelle 120 und eine Tropfschale 118. Die Pulsating Heat Pipe 200 verbindet die Tropfschale 118 wärmeleitend mit dem elektrischen Heizelement 300. Das elektrische Heizelement 300 kann einen Wärmestrom erzeugen, der in die Pulsating Heat Pipe 200 eingebracht und auf die Tropfschale 118 übertragen werden kann.
  • Figur 15 zeigt ein achtes Ausführungsbeispiel einer Pulsating Heat Pipe-Anordnung als Ausschnitt aus einem Gesamtaufbau einer erfindungsgemäßen Wärmepumpe 100. Der Grundaufbau der Pulsating Heat Pipe-Anordnung entspricht dem Prinzip aus Figur 4, auf deren Beschreibung hier Rückbezug genommen wird.
  • Die Wärmepumpe 100 umfasst ein weiteres elektrisches Heizelement 302, das an der Tropfschale 118 angeordnet ist. Das weitere elektrische Heizelement 302 kann einen Wärmestrom erzeugen und ist dazu vorgesehen, die Tropfschale 118, insbesondere direkt, zu beheizen.
  • Figur 16 zeigt schematisch verschiedene Anbringungsformen eines elektrischen Heizelements 300 an einer Pulsating Heat Pipe 200, insbesondere an einem ersten Wärmeübertragerabschnitt 206 der Pulsating Heat Pipe 200, und/oder an einem Wärmeleitelement 400.
  • Allen Anbringungsformen gemein ist die wärmeleitende Verbindung zwischen dem elektrischen Heizelement 300 und der Pulsating Heat Pipe 200 beziehungsweise an dem Wärmeleitelement 400.
  • Das elektrische Heizelement 300 kann gemäß Figur 16a auf die Pulsating Heat Pipe 200 geklebt, gelötet, geschweißt oder aufgeschrumpft sein. Alternativ oder ergänzend kann das elektrische Heizelement 300 gemäß Figur 16b mittels eines Klemmelements 304 auf die Pulsating Heat Pipe 200 geklemmt sein. Gemäß Figur 16c kann das elektrische Heizelement 300 zusätzlich in die Pulsating Heat Pipe 200 geometrisch eingebettet sein.
  • Die Anbringung eines elektrischen Heizelements 300 an einer Pulsating Heat Pipe 200 beziehungsweise an einem Wärmeleitelement 400 kann mittels eines thermischen Interface-Materials, beispielsweise eine Wärmeleitpaste, eine Wärmeleitmatte oder ein Wärmeleitpad, hinsichtlich einer Wärmeübertragung verbessert werden.
  • Vorteilhafterweise kann die elektrische Beheizung, insbesondere mittels einer Heizmatte oder einer Heizpatrone, möglichst schlüssig und mit einer großen Kontaktfläche erfolgen, um die Effizienz des wärmeübertragenden Systems zu steigern.

Claims (13)

  1. Wärmepumpe (100), insbesondere Luft-Wasser-Wärmepumpe,
    mit einer Tropfschale (118) zum Auffangen, Sammeln und/oder Ableiten von Kondenswasser (40),
    dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmepumpe (100) zumindest eine Pulsating Heat Pipe (200, 200a) zum Beheizen der Tropfschale (118) umfasst, wobei die zumindest eine Pulsating Heat Pipe (200, 200a) die Tropfschale (118) mit zumindest einer Wärmequelle (120, 120a, 120b) verbindet.
  2. Wärmepumpe (100) nach Anspruch 1,
    wobei die zumindest eine Wärmequelle (120) ausgewählt ist aus einer Gruppe von Komponenten der Wärmepumpe (100), umfassend einen Verdampfer (102), einen Verdichter (104), einen Verflüssiger (106), einen Zwischenwärmeübertrager, eine Steuerelektronik, eine Leistungselektronik, einen Inverter (128), ein Rohrleitungselement (110) eines Kältemittelkreises, ein Rohrleitungselement einer Anschlussvorrichtung (116) zum Verbinden der Wärmepumpe (100) mit einem externen Verbraucher.
  3. Wärmepumpe (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    wobei die zumindest eine Wärmequelle (120a) ein elektrisches Heizelement (300) ist.
  4. Wärmepumpe (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    wobei die Wärmepumpe (100) ein weiteres elektrisches Heizelement (302) umfasst, wobei das weitere elektrische Heizelement (302) an der Tropfschale (118) angeordnet ist und dazu vorgesehen ist, die Tropfschale (118), insbesondere direkt, zu beheizen.
  5. Wärmepumpe (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    wobei die Pulsating Heat Pipe (200, 200a) zumindest einen ersten Wärmeübertragerabschnitt (206) zum wärmeleitenden Verbinden mit der Wärmequelle (120, 120a, 120b) aufweist und/oder einen zweiten Wärmeübertragerabschnitt (208) zum wärmeleitenden Verbinden mit der Tropfschale (118) aufweist.
  6. Wärmepumpe (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    wobei die Tropfschale (118) als ein Wärmeübertragerabschnitt (208) der Pulsating Heat Pipe (200, 200a) ausgebildet ist.
  7. Wärmepumpe (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    wobei die Tropfschale (118) zumindest eine Begrenzungswand (124) aufweist, wobei in oder an der Begrenzungswand (124) ein mäanderförmiger Kanalstrukturabschnitt ausgebildet ist, wobei der Kanalstrukturabschnitt Teil einer Kanalstruktur der Pulsating Heat Pipe (200, 200a) ist und als ein Wärmeübertragerabschnitt (208) der Pulsating Heat Pipe (200, 200a) ausgebildet ist.
  8. Wärmepumpe (100) nach Anspruch 7,
    wobei die Begrenzungswand (124) der Tropfschale (118) zumindest ein, insbesondere extrudiertes, Mehrkanalelement (132) und/oder Mikrokanalelement (132) zur Ausbildung des Kanalstrukturabschnitts umfasst.
  9. Wärmepumpe (100) nach Anspruch 7,
    wobei die Begrenzungswand (124) der Tropfschale (118) zumindest eine, insbesondere tiefgezogene, gestanzte oder geprägte, kanalförmige Vertiefung zur Ausbildung des Kanalstrukturabschnitts aufweist, wobei die Vertiefung durch eine zur Begrenzungswand (124) benachbarte zweite Wand (123) umfänglich verschlossen ist.
  10. Wärmepumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    wobei die Pulsating Heat Pipe (200, 200a) eine durchströmbare Kanalstruktur und zumindest einen Aktor aufweist und als eine schaltbare Pulsating Heat Pipe (200, 200a) ausgebildet ist, wobei der Aktor dazu ausgebildet ist, eine Durchgängigkeit der Kanalstruktur schaltend zu unterbrechen und/oder zu öffnen.
  11. Wärmepumpe (100) nach einem der Ansprüche 5 bis 10,
    wobei zumindest einer der Wärmeübertragerabschnitte (206, 208) einen Aktor (210) aufweist und als ein schaltbarer Wärmeübertragerabschnitt ausgebildet ist, wobei der Aktor (210) dazu ausgebildet ist, eine Wärmeleitung zwischen dem zweiten Wärmeübertragerabschnitt (208) und der Tropfschale (118) und/oder zwischen dem ersten Wärmeübertragerabschnitt (206) und der Wärmequelle (120, 120a, 120b) schaltend zu unterbrechen und/oder freizugeben.
  12. Wärmepumpe (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    wobei die Wärmepumpe (100) eine erste Pulsating Heat Pipe (200) und eine zweite Pulsating Heat Pipe (200b) umfasst, wobei die erste Pulsating Heat Pipe (200) die Tropfschale (118) mit einem Wärmeleitelement (400) verbindet, und wobei die zweite Pulsating Heat Pipe (200b) das Wärmeleitelement (400) mit der zumindest einen Wärmequelle (120, 120a) verbindet, wobei an dem Wärmeleitelement (400) ein elektrisches Heizelement (300) als eine weitere Wärmequelle (120b) angeordnet ist.
  13. Wärmepumpe (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    wobei die Pulsating Heat Pipe (200, 200a) eine durchströmbare Kanalstruktur aufweist, die mit einem Kältemittel, insbesondere R1233zd(E), R1234ze, R1234yf oder Propan, befüllt oder befüllbar ist.
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