EP4540079A1 - Heiz- und kühlmodulblock, heiz- und kühlmodul und verfahren - Google Patents

Heiz- und kühlmodulblock, heiz- und kühlmodul und verfahren

Info

Publication number
EP4540079A1
EP4540079A1 EP24723768.8A EP24723768A EP4540079A1 EP 4540079 A1 EP4540079 A1 EP 4540079A1 EP 24723768 A EP24723768 A EP 24723768A EP 4540079 A1 EP4540079 A1 EP 4540079A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
heating
cooling module
section
module block
heat
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.)
Pending
Application number
EP24723768.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Karl-Heinz Hassel
Alexej Urban
Andreas Wahl
Benno Fonrobert
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.)
Rheinmetall Invent GmbH
Original Assignee
Rheinmetall Invent 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 Rheinmetall Invent GmbH filed Critical Rheinmetall Invent GmbH
Publication of EP4540079A1 publication Critical patent/EP4540079A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating devices
    • B60H1/00485—Valves for air-conditioning devices, e.g. thermostatic valves

Definitions

  • the present invention relates to a heating and cooling module block for a heating and cooling module, a heating and cooling module with such a heating and cooling module block and a method for producing such a heating and cooling module block.
  • a diffusion-tight and pressure-resistant connection is required between components of air conditioning systems and heat pumps.
  • metal pipes can be used for this purpose, which usually form a closed circuit through soldered or welded connections and/or flange connections in conjunction with sealing rings.
  • soldered connections for example, depend very heavily on the selected process parameters and are also very complex to manufacture and require a large amount of installation space.
  • the number of connection points increases the risk of leaks and thus the risk of climate-damaging refrigerants being released into the environment.
  • an object of the present invention is to provide an improved heating and cooling module block.
  • the heating and cooling module block comprises a material from which the heating and cooling module block is made, a plurality of lines which are incorporated into the material, a first section through which a portion of the lines are passed, and a second section through which a further portion of the lines are passed, wherein the heat conduction within the first section or within the second section is better than the heat conduction between the first section and the second section.
  • the heat conduction within the first section or within the second section is better than the heat conduction between the first section and the second section, it is possible to thermally separate the lines that run through the first section and the lines that run through the second section.
  • the lines that run within each section are not thermally separated from each other, so that good heat transfer between the lines is possible within each section. This improves the efficiency of a heating and cooling module with such a heating and cooling module block.
  • the transfer of heat can also be deliberately promoted, which can then also increase the efficiency of the heating and cooling module.
  • the heating and cooling module or the heating and cooling module block can be suitable for use in a building.
  • the heating and cooling module or the heating and cooling module block can also be used in a motor vehicle, for example in a passenger car.
  • the heating and cooling module or the heating and cooling module block can then, for example, be part of a
  • the heating and cooling module can operate in both heating and cooling mode. Accordingly, the heating and cooling module can also be referred to as an air conditioning module.
  • the heating and cooling module is preferably a heat pump or part of a heat pump. Accordingly, the heating and cooling module block can also be part of a heat pump.
  • a "heat pump” is understood to mean a machine that, by expending technical work, absorbs thermal energy from a reservoir with a lower temperature, in this case for example an environment of the machine, and - together with the drive energy - transfers it as useful heat to a system to be heated with a higher temperature, in this case for example an interior of the building or vehicle.
  • the heating and cooling module can therefore also be referred to as a heat pump heating and cooling module or as a heat pump module.
  • the material from which the heating and cooling module block is made is preferably a light metal.
  • a light metal for example, an aluminum alloy or a magnesium alloy can be used as the material for the heating and cooling module block.
  • plastics and/or fiber composite materials can also be used, at least in sections.
  • the heating and cooling module block is manufactured as a one-piece component from the material.
  • the heating and cooling module block is in particular one-piece or one-part.
  • the heating and cooling module block is not composed of different sub-components, but forms a single continuous component, namely the heating and cooling module block.
  • the heating and cooling module block is particularly preferably a one-piece component.
  • “One-piece” means in the present case in particular that the heating and Cooling module block is made entirely of the same material, for example an aluminum alloy as mentioned above.
  • the heating and cooling module block can also be multi-part or multi-part.
  • “Multi-part” or “multi-part” in this case means that the heating and cooling module block can be composed of different sub-components.
  • the heating and cooling module block can be two-part and have, for example, a base body and a cover.
  • the lines are incorporated into the base body. The lines can then be closed using the cover. Walls of the lines can thus be provided at least in sections on the base body and in sections on the cover.
  • the lines have, for example, a rectangular cross-section and thus also rectangular walls, one side of the rectangular cross-section can be provided on the cover, for example, whereby three further sides of the rectangular cross-section can be provided on the base body.
  • the heating and cooling module block can also be divided into two halves or housing halves.
  • the lines can be part of a refrigeration circuit and/or part of a cooling circuit. This means in particular that at least part of a refrigeration circuit and/or part of a cooling circuit can run through the heating and cooling module block. In the event that a refrigeration circuit runs through the heating and cooling module block, the lines, or at least part of the lines, are filled with a coolant. In the event that a cooling circuit runs through the heating and cooling module block, the lines, or at least part of the lines, are filled with a coolant.
  • a "refrigerant” transports enthalpy from a cooled product to the environment.
  • the difference to a "coolant” is that a refrigerant in a refrigeration cycle transports the enthalpy along a temperature gradient can be such that, by applying energy, the ambient temperature can even be higher than the temperature of the object to be cooled, while a coolant is only able to transport the enthalpy in a cooling circuit against the temperature gradient to a point of lower temperature.
  • the coolant used can be, for example, 1,1,1,2-tetrafluoroethane (R-134a), carbon dioxide (R744) or any other suitable coolant.
  • An example of a coolant is water.
  • the lines can also be “worked into” or “introduced” into the heating and cooling module block by building the heating and cooling module block “around” the lines in an additive or generative manufacturing process, in particular in a 3D printing process.
  • the lines can also be “worked into” or “introduced” into the material by casting a set core or several salt cores with the molten material. The lines are then formed by rinsing out the salt core or the salt cores.
  • “Incorporated” also means in particular that the lines are at least partially designed as a cavity or cavities provided in the material. This means that no additional components, such as pipes, for guiding the coolant and/or the cooling agent run through the heating and cooling module block. This also means that the coolant and/or the cooling agent can come into direct contact with the material during operation of the heating and cooling module. However, this does not rule out the possibility that the lines are are at least partially coated with a coating, for example with a corrosion-inhibiting coating.
  • the heating and cooling module block is preferably block-shaped or plate-shaped.
  • “Block-shaped” here means that the heating and cooling module block is cuboid-shaped or box-shaped.
  • Platinum-shaped means that the thickness of the heating and cooling module block is significantly smaller than its width and depth.
  • the heating and cooling module block is particularly preferably plate-shaped.
  • the heating and cooling module block can therefore also be referred to as a heating and cooling module plate. This means that the terms “heating and cooling module block” and “heating and cooling module plate” can be interchanged as desired.
  • the first section and the second section together form the heating and cooling module block, preferably as a one-piece component.
  • the first section and the second section can be inseparably connected to one another.
  • the first section and the second section together form the heating and cooling module block, in particular as a one-piece component made of material. For example, two lines are passed through the first section, with two further lines that are different from the aforementioned lines being passed through the second section.
  • the heat flow Q or ⁇ t> within the first section or within the second section can be greater than between the first section and the second section.
  • the term "heat flow” or “heat flux” is used here to describe a physical quantity for the quantitative description of heat transfer processes.
  • the heat flow ⁇ t> describes the amount of heat energy öQ that is transferred from a place of high temperature to a place of low temperature in a period of time öt. The following then applies:
  • the heat flow ⁇ t> between the aforementioned lines running through the first section or between the lines running through the second section may be greater than between the lines of the first section and the lines of the second section.
  • heat conduction heat conduction
  • heat diffusion heat diffusion
  • conduction refers to a mechanism for transporting thermal energy. Heat always flows in the direction of lower temperatures. No heat energy is lost in the process. The law of conservation of energy applies.
  • the heat conduction within the first section or within the second section can, for example, be better than the heat conduction between the first section and the second section by providing a heat-insulating element between the first section and the second section, for example in the form of a cavity or a heat-insulating element made of a different material than the heating and cooling module block.
  • the first portion has a first cross-sectional area
  • the second portion has a second cross-sectional area
  • the first cross-sectional area is smaller than the second cross-sectional area
  • the first cross-sectional area and the second cross-sectional area can each have any geometry.
  • the first cross-sectional area and the second cross-sectional area can each be rectangular, in particular square.
  • the second cross-sectional area can be a multiple of the first cross-sectional area. Because the second cross-sectional area is larger than the first cross-sectional area, the second section can be heat up more than the first section. As a result, heat transfer between the lines arranged within the second section is better than between the lines arranged within the first section. Furthermore, heat transfer from the first section to the second section and vice versa is also inhibited by the different sized cross-sectional areas. In particular, the first section releases more heat to the environment faster and/or more heat than the second section.
  • the first portion has a first width
  • the second portion has a second width
  • the first width is smaller than the second width
  • the heating and cooling module block is assigned a coordinate system with a first spatial direction, width direction or x-direction, a second spatial direction, height direction or y-direction and a third spatial direction, depth direction or z-direction.
  • the directions are oriented perpendicular to one another.
  • the first width and the second width can each be oriented along the x-direction.
  • the second width can be a multiple of the first width.
  • the heating and cooling module block has a cavity arranged between the first section and the second section.
  • the cavity is preferably filled with air. However, the cavity can also be filled with another gas, such as nitrogen.
  • the cavity arranged between the first section and the second section serves as thermal insulation and prevents or inhibits a transfer of heat between the first section and the second section and vice versa.
  • the cavity can be created by, for example, filling a salt core with the molten material of the heating and cooling module block is poured around.
  • the salt core can be flushed out after the material has solidified, forming the cavity.
  • the heating and cooling module block has webs which are guided past the cavity and which integrally connect the first section to the second section.
  • the width of the webs can be adjusted to determine whether a better or worse transfer of heat via the webs from the first section to the second section and vice versa is to be achieved.
  • the cavity is preferably arranged between the webs. In particular, at least two webs are provided. A first web and a second web can be provided.
  • the heating and cooling module block has a thermal insulation element which is accommodated in the cavity, wherein the thermal insulation element is made of a material which has a lower thermal conductivity coefficient than the material.
  • thermal conductivity coefficient refers to a material property that determines the heat flow through a material based on heat conduction.
  • the thermal conductivity indicates how well a material conducts heat or how well it is suited for thermal insulation. The lower the thermal conductivity value, the better the thermal insulation.
  • the thermal insulation element can, for example, be cast in the material of the heating and cooling module block during the manufacture of the heating and cooling module block.
  • the thermal insulation element is preferably made of a material that is poorly thermally conductive.
  • the Thermal insulation element must be made of glass wool or a ceramic material, in particular a foamed material.
  • the thermal insulation element is surface-coated in order to produce a material-locking connection with the material.
  • the connecting partners are held together by atomic or molecular forces.
  • Material-locking connections are non-detachable connections that can only be separated from one another by destroying the connecting means and/or the connecting partners.
  • the thermal insulation element can also be connected to the material in a form-fitting manner.
  • Form-fitting connections are created by at least two connecting partners engaging with one another or behind one another.
  • the material can engage with the thermal insulation element in a form-fitting manner at a microscopic level.
  • the heating and cooling module block has a heat-conducting element which is enclosed by the material, wherein the heat-conducting element is made of a material which has a higher thermal conductivity coefficient than the material.
  • the heat conducting element is made of copper. However, other materials can also be used for the heat conducting element.
  • the heat conducting element can also be made of graphite.
  • the heat conducting element can be cast in the material of the heating and cooling module block.
  • the heat-conducting element is surface-coated in order to produce a material-locking connection with the material. Additionally or alternatively, a positive connection can be established between the heat conducting element and the material. Alternatively or additionally, the heat insulation element and/or the heat conducting element can also be heated before the heat insulation element and/or the heat conducting element are cast with the molten material of the heating and cooling module block.
  • the heat conducting element is arranged between two adjacent lines passing through the first section and/or between two adjacent lines passing through the second section in order to improve the heat conduction between the two adjacent lines.
  • the heat insulation element is arranged between the first section and the second section, so that the transfer of heat between the first section and the second section is prevented or at least inhibited.
  • the heat conducting element within the first section and/or within the second section, the heat conduction between the respective adjacent lines is improved.
  • the heat conducting element follows a course of the two adjacent lines through the heating and cooling module block.
  • the heat conducting element is arranged at a constant distance from the lines and can, for example, follow a curve of the lines through the heating and cooling module block.
  • a heating and cooling module with at least one such heating and
  • Cooling module block is proposed, whereby the heating and cooling module is a heat pump.
  • the heating and cooling module can be used for immobile applications, for example in building technology.
  • the heating and cooling module can also be part of a vehicle, in particular a motor vehicle.
  • a method for producing such a heating and cooling module block comprises the following steps: a) melting the material and b) pouring the melted material in such a way that the heating and cooling module block is produced and in such a way that the heat conduction within the first section or within the second section is better than the heat conduction between the first section and the second section.
  • the heating and cooling module block can be manufactured using a die-casting process.
  • the molten material is poured into a die-casting mold to form the heating and cooling module block.
  • a set core as mentioned above can be inserted into the die-casting mold.
  • the thermal insulation element and/or the heat-conducting element can also be inserted into the die-casting mold.
  • the molten material is preferably poured in such a way that the heating and cooling module block is manufactured as a single-piece component. As mentioned above, however, this is not absolutely necessary.
  • the heating and cooling module block can also be made of several parts. In this case, for example, the base body and the cover mentioned above can be manufactured, in particular cast, separately from one another.
  • a cavity is formed in the material, which is arranged between the first section and the second section.
  • the cavity serves to thermally decouple the first section from the second section and vice versa.
  • a thermal insulation element made of a material having a lower thermal conductivity coefficient than the material and/or a thermal conductivity element made of a material having a higher thermal conductivity coefficient than the material is cast with the molten material.
  • the number of thermal insulation elements and the number of thermal conduction elements is arbitrary. As previously mentioned, the thermal insulation element and/or the thermal conduction element can be surface-coated. It is also possible to preheat the thermal insulation element and/or the thermal conduction element before pouring the molten material around them in order to achieve an improved connection between the material and the thermal insulation element and/or the thermal conduction element.
  • heating and cooling module block the heating and cooling module and/or the method also include combinations of features or embodiments described above or below with regard to the exemplary embodiments that are not explicitly mentioned.
  • the person skilled in the art will also add individual aspects or improvements or additions to the respective basic form of the heating and cooling module block, the heating and cooling module and/or the method.
  • heating and cooling module block, the heating and cooling module and/or the method are the subject of the subclaims and the exemplary embodiments of the heating and cooling module block, the heating and cooling module and/or the method described below.
  • the heating and cooling module block, the heating and cooling module and/or the method are explained in more detail below using preferred embodiments with reference to the attached figures.
  • Fig. 1 shows a schematic view of an embodiment of a heating and cooling system
  • Fig. 2 shows a schematic sectional view of an embodiment of a heating and cooling module block for the heating and cooling system according to Fig.i;
  • FIG. 3 shows a schematic sectional view of another embodiment of a heating and cooling module block for the heating and cooling system according to Fig.i
  • Fig. 4 shows a schematic sectional view of another embodiment of a heating and cooling module block for the heating and cooling system according to Fig.i;
  • Fig. 5 shows a schematic sectional view of another embodiment of a heating and cooling module block for the heating and cooling system according to Fig.i;
  • Fig. 6 shows a schematic block diagram of an embodiment of a method for producing a heating and cooling module block according to Fig. 2, Fig. 3, Fig. 4 or Fig. 5.
  • Fig. 1 shows a schematic view of an embodiment of a heating and cooling system 1 for a building 2.
  • the heating and cooling system 1 can therefore be referred to as a building heating and cooling system.
  • the building 2 can be, for example, a residential building, in particular a single-family house or an apartment building, or an office building.
  • the heating and cooling system 1 is suitable for heating and cooling an interior space 3 of the building 2.
  • the heating and cooling system 1 can therefore also be referred to as an air conditioning system.
  • the heating and cooling system 1 can also be used in a vehicle (not shown), in particular in a motor vehicle.
  • the heating and cooling system 1 can be referred to as a vehicle heating and cooling system.
  • the heating and cooling system 1 can be an air conditioning system or part of an air conditioning system of the vehicle.
  • the heating and cooling system 1 comprises a compact heating and cooling module 4, which can be arranged outside the building 2, i.e. in an environment 5 thereof, or in the interior 3 of the building 2.
  • the heating and cooling module 4 can also be referred to as an air conditioning module.
  • heating and cooling module 4 In the event that the heating and cooling module 4 is used in a building 2, this can also be referred to as a building heating and cooling module. In the event that the heating and cooling module 4 is used in a vehicle, this can also be referred to as a vehicle heating and cooling module.
  • the heating and cooling module 4 has a refrigerant line block or heating and cooling module block 6 in which a refrigerant circuit 7 is implemented with the aid of bores, channels, cavities or the like, in which a refrigerant K circulates.
  • the refrigerant K can be 1,1,1,2-tetrafluoroethane (R-134a) or any other suitable refrigerant.
  • the heating and cooling module block 6 can also be referred to as a valve block.
  • a "refrigerant” transports enthalpy from a cooled object to the environment 5.
  • the difference to a "coolant” is that a refrigerant can transport the enthalpy along a temperature gradient in a refrigeration circuit, so that by applying energy, the ambient temperature can even be higher than the temperature of the object to be cooled, while a coolant is only able to transport the enthalpy in a cooling circuit against the temperature gradient to a place of lower temperature.
  • the heating and cooling module block 6 can be plate-shaped or cuboid-shaped.
  • the heating and cooling module block 6 can be made of an aluminum alloy or a magnesium alloy, for example.
  • the heating and However, the cooling module block 6 can also be made of a copper alloy.
  • the heating and cooling module block 6 is preferably a one-piece component, in particular a one-piece component.
  • the heating and cooling module block 6 can, however, also be made of several parts.
  • One-piece or “single-piece” means that the heating and cooling module block 6 is not made up of different components, but is manufactured as a single component.
  • “Integral” or “monolithic” means that the heating and cooling module block 6 is made entirely of the same material, for example an aluminum alloy. However, this does not exclude the possibility that the heating and cooling module block 6 has a cover or other maintenance openings that can be opened and closed.
  • the heating and cooling module block 6 can also be multi-part or multi-part.
  • “Multi-part” or “multi-part” in this case means that the heating and cooling module block 6 can be composed of different sub-components.
  • the heating and cooling module block 6 can be two-part and have, for example, a base body and a cover.
  • the heating and cooling module block 6 can also be divided into two halves or housing halves. However, it is assumed below that the heating and cooling module block 6 is a one-piece component.
  • the refrigerant circuit 7 itself can be introduced into the heating and cooling module block 6, for example, by drilling, milling, erosion or other abrasive machining processes. In this way, a diffusion-sealed refrigerant circuit 7 with the smallest possible number of potential leak points is created.
  • the heating and cooling module block 6 can also be manufactured using an additive or generative manufacturing process, in particular 3D printing, to The refrigerant circuit 7 can be built "around".
  • the heating and cooling module block 6 can also be a cast component, whereby the refrigerant circuit 7 can be realized by inserted cores that are removed after the completion of the heating and cooling module block 6.
  • a lower leakage of the refrigerant K a process-reliable production, a smaller size with higher power density and a high degree of flexibility, for example with regard to the possible applications of the heating and cooling module 4, can be achieved compared to soldering processes.
  • a hermetically sealed refrigerant circuit 7 with low refrigerant diffusion and increased ease of installation can be achieved with a small overall size. This reduces the placing on the market of environmentally hazardous substances, such as refrigerant K, which has a high greenhouse potential.
  • the refrigerant circuit 7 implemented in the heating and cooling module block 6 also includes - as will be explained below - valves or valve devices which, depending on the different operating modes of the heating and cooling module 4, can direct the refrigerant K into different cavities and thus reverse the flow direction of the refrigerant K and thus represent, for example, a circuit reversal or a defrosting circuit.
  • Valve bodies of these valves can be integrated into the heating and cooling module block 6 pressed or glued in, although a detachable connection technique can also be used for ease of maintenance.
  • further functional assemblies such as a buffer tank, a dryer or even a sight glass can be integrated into the heating and cooling module block 6.
  • These can be functionally integrated into the heating and cooling module block 6 completely in the form of a further cavity or in the form of an assembly attached to the heating and cooling module block 6.
  • a cavity can also be provided in the heating and cooling module block 6 as a buffer storage, which can include a filter and/or a drying agent.
  • drying agents are usually changed at defined service intervals. In order to be able to do this, it is advisable to provide a detachable connection for this purpose, which allows access to this aforementioned cavity and enables the drying agent to be replaced as part of service activities.
  • the electronics required to control the valves and possibly a compressor as well as the required sensors, such as temperature and/or pressure sensors, can also be integrated into the heating and cooling module block 6.
  • heat exchangers of the heating and cooling system 1 can be designed as refrigerant-air heat exchangers, refrigerant-water heat exchangers or refrigerant-brine heat exchangers, depending on the heat source and heat sink used. It is also possible to integrate the aforementioned compressor at least partially into the heating and cooling module block 6.
  • the refrigerant circuit 7 implemented in the heating and cooling module block 6 comprises a refrigerant line 8, which is introduced, for example, as a bore in the heating and cooling module block 6 and which leads from a Cooling module block 6 provided interface 9 leads to an interface 10 provided on the heating and cooling module block 6.
  • the interfaces 9, 10 can be, for example, flanges or nozzles to which hoses or pipes can be attached.
  • the refrigerant line 8 comprises an expansion valve or throttle valve 11 incorporated in the heating and cooling module block 6.
  • the throttle valve 11 can be a throttle, i.e. a constriction or throttle provided on the refrigerant line 8 for the expansion of the refrigerant K.
  • the throttle valve 11 can be flowable in only one or in two directions.
  • a further coolant line 12 provided in the heating and cooling module block 6 leads from an interface 13 to an interface 14 of the heating and cooling module block 6.
  • a coolant line 15 leads from an interface 16 to an interface 17.
  • a coolant line 18 implemented in the heating and cooling module block 6 fluidically connects the coolant lines 12, 15 to one another.
  • the coolant line 18 has a valve 19, in particular a switching valve, which is also arranged in the heating and cooling module block 6.
  • the refrigerant lines 20, 21 can be pipes or hoses.
  • the refrigerant lines 20, 21 are flanged to the interfaces 10, 13.
  • a fan or ventilator 23 is assigned to the heat exchanger 22. The ventilator 23 can force an air flow in order to enable improved heat exchange.
  • a heat exchanger 26 is connected to the interfaces 9, 17 by means of refrigerant lines 24, 25.
  • the refrigerant lines 24, 25 and the Heat exchangers 26 are arranged outside the heating and cooling module block 6.
  • the coolant lines 24, 25 and/or the heat exchanger 26 can, however, also be arranged at least in sections within the heating and cooling module block 6.
  • the coolant lines 24, 25 can be hoses or pipes.
  • the coolant lines 24, 25 are flanged to the interfaces 9, 17.
  • the heat exchanger 26 is preferably a coolant-heat transfer medium heat exchanger, in particular a coolant-water heat exchanger.
  • the heat exchanger 26 is suitable for transferring heat Q from the coolant circuit 7 to a heat transfer medium circuit 27 and vice versa.
  • a heat transfer medium M for example water, circulates in the heat transfer medium circuit 27.
  • the heat transfer medium M is a coolant.
  • the heat transfer medium circuit 27 comprises a heat exchanger 28 which is arranged in the interior 3 of the building 2.
  • the heat exchanger 28 is a heat transfer medium-air heat exchanger.
  • the heat exchanger 28 can be a heating element or radiator.
  • the heat transfer medium circuit 27 can be placed at least partially within the heating and cooling module block 6.
  • a compressor or condenser 29 for compressing the refrigerant K is connected to the interfaces 14, 16.
  • the compressor 29 is placed completely outside the heating and cooling module block 6.
  • the compressor 29 can also be at least partially integrated into the heating and cooling module block 6.
  • the compressor 29 comprises a compressor geometry 30 and a motor 31, in particular an electric motor, for driving the compressor geometry 30.
  • the compressor geometry 30 can comprise compressor blades or a piston.
  • the heating and cooling system 1 functions as a heat pump, in particular as an air-water heat pump.
  • a "heat pump” is understood here to mean a machine which, by expending technical work, absorbs thermal energy from a reservoir with a lower temperature, in this case the environment 5, and - together with the drive energy - transfers it as useful heat to a system to be heated with a higher temperature, in this case the interior 3 of the building 2.
  • the heat exchanger 22 absorbs heat Q from the environment 5.
  • the heat exchanger 22 works as an evaporator to at least partially evaporate the coolant K.
  • the coolant K absorbs the heat Q.
  • the coolant K is cold, has a low pressure and is at least partially gaseous.
  • This coolant K is fed to the compressor 29 via the coolant lines 12, 21 and compressed. Downstream of the compressor 29, the coolant K has a high temperature and a high pressure and is at least partially gaseous.
  • the refrigerant K is then fed to the heat exchanger 26 via the refrigerant lines 15, 24.
  • the heat exchanger 26 functions as a condenser.
  • the gaseous refrigerant K condenses in the heat exchanger 26 and releases heat Q to the heat transfer medium circuit 27. Downstream of the heat exchanger 26, the refrigerant K is liquid, has a high pressure and is warm.
  • the refrigerant K is thus fed via the refrigerant lines 8, 25 to the throttle valve
  • the refrigerant K is liquid, has a low pressure and is very cold.
  • the refrigerant K is fed back to the heat exchanger 22 via the refrigerant lines 8, 20, where it absorbs heat Q again.
  • the heat Q transferred to the heat transfer medium circuit 27 is released to the interior 3 with the help of the heat exchanger 28 in order to heat it.
  • the heating and cooling system 1 is then in cooling mode.
  • Fig. 2 shows a schematic sectional view of an embodiment of a heating and cooling module block 6A as mentioned above.
  • the heating and cooling module block 6A is assigned a coordinate system with a first spatial direction, width direction or x-direction x, a second spatial direction, height direction or y-direction y and a third spatial direction, depth direction or z-direction z.
  • the directions x, y, z are oriented perpendicular to each other.
  • the sectional view according to Fig. 2 runs perpendicular to channels or lines 32, 33, 34, 35 that are led through the heating and cooling module block 6A.
  • the lines 32, 33, 34, 35 can be part of the refrigerant circuit 7 and/or the heat transfer medium circuit 27.
  • the lines 32, 33, 34, 35 can be the previously mentioned refrigerant lines 8, 12, 15, 18, 20, 21, 24, 25 or other components of the refrigerant circuit 7 or the heat transfer medium circuit 27.
  • the lines 32, 33, 34, 35 can be circular in cross-section. However, this is not absolutely necessary.
  • the lines 32, 33, 34, 35 can also be rectangular in cross-section, in particular square.
  • Each line 32, 33, 34, 35 has an inner wall or wall 36, 37, 38, 39 that encloses or surrounds the respective line 32, 33, 34, 35.
  • each line 32, 33, 34, 35 is delimited by its respective wall 36, 37, 38, 39 from a material 40 from which the heating and cooling module block 6A is made.
  • the walls 36, 37, 38, 39 thus enclose the lines 32, 33, 34, 35.
  • the refrigerant K and/or the heat transfer medium M circulates through the lines 32, 33, 34, 35.
  • the refrigerant K can circulate through all the lines 32, 33, 34, 35
  • the heat transfer medium M can circulate through all the lines
  • the refrigerant K can circulate through some lines 32, 33, 34, 35 and the heat transfer medium M can circulate through other lines 32, 33, 34, 35.
  • the lines 32, 33, 34, 35 are integrated into the heating and cooling module block 6A. "Integrated" means that the lines 32, 33, 34, 35 are directly inserted or incorporated into the material 40 of the heating and cooling module block 6A.
  • the material 40 can also be referred to as material or heating and cooling module block material.
  • the "introduction” or “incorporation” of the lines 32, 33, 34, 35 into the material 40 can be done, for example, by drilling, milling and/or eroding. Additive or generative manufacturing processes, in particular 3D printing, can also be used. "Integrated” can also mean that the lines 32, 33, 34, 35 are completely surrounded by the material 40. However, this is not absolutely necessary.
  • Integrated also means that the coolant K and/or the heat transfer medium M come into direct contact with the material 40. However, this does not exclude the possibility that the lines 32, 33, 34, 35 are sealed on the inside of their walls 36, 37, 38, 39 are coated, for example, to prevent or hinder corrosion.
  • the heating and cooling module block 6A can be made of an aluminum alloy or a magnesium alloy. This means that the material 40 can be an aluminum alloy or a magnesium alloy. However, other metallic materials can also be used. Furthermore, the heating and cooling module block 6A can also be made of a plastic material. Ceramic materials can also be used as material 40.
  • the heating and cooling module block 6A is a one-piece component, in particular a one-piece component.
  • the heating and cooling module block 6A can have a first section 41, through which the lines 32, 33 run, and a second section 42, through which the lines 34, 35 run.
  • the number of sections 41, 42 is arbitrary.
  • the sections 41, 42 are connected to one another in one piece, in particular in one piece, and together form the heating and cooling module block 6A.
  • the first section 41 has a first cross-sectional area 43, which is shown hatched.
  • the second section 42 accordingly has a second cross-sectional area 44, which is also shown hatched.
  • the first cross-sectional area 43 is smaller than the second cross-sectional area 44.
  • the cross-sectional areas 43, 44 can be rectangular. However, the cross-sectional areas 43, 44 can basically have any cross-sectional geometry.
  • the first section 41 has a width b41 when viewed along the x-direction x.
  • the second section 42 has a width b42 when viewed along the x-direction x.
  • the width b41 is smaller than the width b42.
  • Heat Q is transferred between the lines 32, 33 and between the lines 34, 35. Because the first cross-sectional area 43 through which the lines 32, 33 run is smaller than the second cross-sectional area 44 through which the lines 34, 35 run, the transfer of heat Q between the lines 32, 33 is reduced compared to the transfer of heat Q between the lines 34, 35. This means that more heat Q is transferred per unit of time between the lines 34, 35 compared to the lines 32, 33.
  • the first section 41 cools down more and/or more quickly than the second section 42 due to its smaller first cross-sectional area 43 compared to the second section 42. Since the first section 41 has a smaller width b41 than the second section 42, a transfer of heat Q from the second section 42 to the first section 41 is made more difficult, so that the first section 41 heats up less than the second section 42.
  • the heating and cooling module block 6A improves the efficiency of the heating and cooling system 1, especially when operating as a heat pump.
  • the heat distribution within the heating and cooling module block 6A is optimized. This prevents homogeneous heating of the heating and cooling module block 6A.
  • the first section 41 only a small amount of the material 40 is present due to the smaller first cross-sectional area 43. This means that less heat Q is transferred from the line 32 to the line 33 or vice versa.
  • the opposite is true for the second section 42 and the lines 34, 35.
  • Fig. 3 shows a schematic sectional view of another embodiment of a heating and cooling module block 6B as mentioned above.
  • the heating and cooling module block 6B is block-shaped.
  • the heating and cooling module block 6B is made of a material 40 as mentioned above. Lines 32, 33, 34, 35 are guided through the material 40 and are enclosed or enclosed by walls 36, 37, 38, 39.
  • an exchange of heat Q should take place between the lines 32, 33 and the lines 34, 35.
  • no exchange of heat Q should take place between the two lines 32, 33 and the two lines 34, 35.
  • the heating and cooling module block 6B has a first section 41 and a second section 42, which together form the one-piece, in particular one-piece material, heating and cooling module block 6B.
  • a cavity 45 is arranged between the first section 41 and the second section 42, which is incorporated into the material 40.
  • the cavity 45 is enclosed or delimited by a wall 46.
  • the cavity 45 can run along the line 33 and/or along the line 34.
  • the cavity 45 can be produced, for example, during the manufacture of the heating and cooling module block 6B using a salt core which is cast with the molten material 40 and rinsed out after the material 40 has solidified. Furthermore, the cavity 45 can also be incorporated into the heating and cooling module block 6B using abrasive manufacturing processes.
  • the cavity 45 is arranged between the lines 33, 34 as viewed along the y-direction y and prevents or impedes a transfer of heat Q from the first section 41 to the second section 42 or vice versa.
  • the first section 41 and the second section 42 are only connected to one another by means of webs 47, 48 which are arranged on both sides of the cavity 45.
  • the webs 47, 48 represent a cross-sectional constriction between the two sections 41, 42.
  • a transfer of heat Q between the Sections 41, 42 is only possible via the footbridges 47, 48.
  • the cavity 45 can be filled with gas, in particular air. However, the cavity 45 can also be filled with other gases, such as nitrogen. In summary, the cavity 45 makes it difficult for heat Q to be transferred between the two sections 41, 42 and thus also between the lines 32, 33 and the lines 34, 35.
  • a heat conducting element 49 is positioned between the line 34 and the line 35, viewed along the y direction y.
  • the heat conducting element 49 is encapsulated in the material 40 or enclosed by it.
  • a wall 50 of the heating and cooling module block 6B encloses the heat conducting element 49.
  • the heat conducting element 49 is made of a material that has a higher thermal conductivity or a higher thermal conductivity coefficient than the material 40. This improves the transfer of heat Q between the lines 34, 35.
  • the heat conducting element 49 can be cast with the material 40 during the manufacture of the heating and cooling module block 6B.
  • the transfer of heat Q is increased by an insert in the form of the heat conducting element 49.
  • the transfer of heat Q is not inhibited, but is worse than in the second section 42 due to the lack of such a heat conducting element 49.
  • the cavity 45 is provided between the two sections 41, 42, which inhibits the transfer of heat Q. The cavity 45 prevents the different sections 41, 42 from influence each other.
  • the second section 42 can also have such a heat conducting element 49 (not shown).
  • Fig. 4 shows a schematic sectional view of another embodiment of a heating and cooling module block 6C as mentioned above.
  • the heating and cooling module block 6C differs from the heating and cooling module block 6B only in that the cavity 45 is not filled with gas, but rather is filled with a thermal insulation element 51. All statements relating to the heating and cooling module block 6B are correspondingly applicable to the heating and cooling module block 6C and vice versa.
  • the thermal insulation element 51 can, for example, be cast with the material 40 during the manufacture of the heating and cooling module block 6C.
  • the thermal insulation element 51 is made from a material that is a poor conductor of heat.
  • the thermal insulation element 51 can be made from glass wool or a ceramic material, in particular from a foamed material.
  • Fig. 5 shows a schematic sectional view of another embodiment of a heating and cooling module block 6D as mentioned above.
  • the heating and cooling module block 6D is made of a material 40 as mentioned above, through which lines 32, 33, 34, 35 are passed, which are delimited by walls 36, 37, 38, 39.
  • the heating and cooling module block 6D has a first section 41 through which the lines 32, 33 run, and a second section 42 through which the lines 34, 35 run.
  • the sections 41, 42 together form the heating and cooling module block 6D as a one-piece, in particular as a one-piece material component.
  • a thermal insulation element 51 as previously explained is arranged between the first section 41 and the second section 42 and is encapsulated by a wall 46 of the heating and cooling module block 6D.
  • the thermal insulation element 51 separates the sections 41, 42 thermally from one another, so that a transfer of heat Q from the first section 41 to the second section 42 is not possible or at least difficult.
  • the lines 32, 33 and the lines 34, 35 are separated from one another with the aid of the thermal insulation element 51.
  • a heat conducting element 49 as previously explained is placed between the lines 32, 33 and is enclosed by a wall 50 of the heating and cooling module block 6D.
  • a heat conducting element 49 as previously explained is also placed between the lines 34, 35 and is enclosed by a wall 50 of the heating and cooling module block 6D.
  • the heat conducting elements 49 facilitate the transfer of heat Q from the line 32 to the line 33 and vice versa, as well as the transfer of heat Q from the line 34 to the line 35 and vice versa.
  • a hot first coolant Kl can be passed through the line 32, for example, which transfers heat Q to a first heat transfer medium Ml that is passed through the line 33.
  • the first coolant Kl enters the heating and cooling module block 6D at the top with a first temperature TI and, in the orientation of Fig. 5, exits it again at the bottom with a second temperature T2.
  • the first temperature TI is higher than the second temperature T2.
  • the first coolant Kl flows through the heating and cooling module block 6D, it gives off heat Q to the first heat transfer medium Ml.
  • the first heat transfer medium Ml enters the heating and cooling module block 6D at a third temperature T3 and exits it again at a fourth temperature T4.
  • the fourth temperature T4 is higher than the third temperature T3.
  • the third temperature T3 is lower than the second temperature T2.
  • the fourth temperature T4 is lower than the first temperature TI.
  • a cold second heat transfer medium M2 can be passed through the line 34, which transfers heat Q to a very cold second coolant K2, which is passed through the line 35.
  • the second heat transfer medium M2 enters the heating and cooling module block 6D at the top with a fifth temperature T5 and, in the orientation of Fig. 5, exits it again at the bottom with a sixth temperature T6.
  • the fifth temperature T5 is higher than the sixth temperature T6.
  • the second heat transfer medium M2 flows through the heating and cooling module block 6D, it gives off heat Q to the second coolant K2.
  • the second coolant K2 enters the heating and cooling module block 6D at a seventh temperature T7 and exits it again at an eighth temperature T8.
  • the eighth temperature T8 is higher than the seventh temperature T7.
  • the seventh temperature T7 is lower than the fifth temperature T5.
  • the sixth temperature T6 is lower than the eighth temperature T8.
  • the transfer of heat Q can be partially promoted with the aid of the heat conducting element 49, so that individual regions of the heating and cooling module block 6B, 6C, 6D can be designed as heat exchangers.
  • thermal decoupling or inhibition of the transfer of heat Q is possible, for example by means of the different widths b41, b42, of the cavity 45 and/or the thermal insulation element 51, while on the other hand, targeted thermal coupling or a promotion of the transfer of heat Q, for example with the help of the heat conducting element 49, can be achieved.
  • a material that has a lower thermal conductivity than the material 40 can be used for the thermal insulation element 51.
  • a material thickness of the heating and cooling module block 6A, 6B, 6C, 6D can be partially increased.
  • a material that has a higher thermal conductivity than the material 40 is used for the heat conducting element 49.
  • the material thickness can be partially reduced.
  • the heating and cooling module block 6A, 6B, 6C, 6D some areas are intended to promote the transfer of heat Q and other areas are intended to prevent or at least hinder the transfer of heat Q. If no design measures as mentioned above are taken, the heating and cooling module block 6A, 6B, 6C, 6D heats up homogeneously after a while and assumes an undesirable temperature in certain areas. This temperature can be too low and/or too high.
  • the shape can be changed.
  • components such as the heat conducting element 49 and/or the heat insulating element 51 can be added to the heating and cooling module block 6B, 6C, 6D.
  • the approach is that with a material accumulation, for example in the area of the second section 42 of the heating and cooling module block 6A, a greater transfer of heat Q takes place than with a Material savings, such as in the area of the first section 41 of the heating and cooling module block 6A. If a greater transfer of heat Q takes place in certain areas of the heating and cooling module block 6A, then a greater material thickness is realized in these areas.
  • the heating and cooling module block 6A is therefore no longer symmetrical in all planes, particularly in relation to its outer contour.
  • the heating and cooling module block 6A has a different width b41, b42 over its entire length in at least one area. This procedure can be used if external factors, such as available installation space, do not represent a limiting factor.
  • the addition of elements in the form of the cavity 45, the heat conducting element 49 and/or the heat insulating element 51 takes into account the problem of an external spatial installation space limitation.
  • the basic idea is to use elements in the form of the cavity 45, the heat conducting element 49 and/or the heat insulating element 51, which have a higher or lower thermal conductivity than the material 40, for example aluminum.
  • air contained in the cavity 45 is very suitable as an element with low thermal conductivity.
  • air In comparison to aluminum, which has a thermal conductivity of about 160 W/mK, air has a thermal conductivity of about 0.0262 W/mK.
  • the cavity 45 is created at this point so that it practically serves as an insulator.
  • this cavity 45 can be filled with a thermal insulation element 51 in the form of a foam or another insulator.
  • the cavity 45 can be subsequently introduced into the material 40, for example by etching, drilling, milling or the like.
  • the cavity 45 is particularly preferably introduced directly during a casting process, for example by placing a salt core in a die-casting mold and rinsing it out again after the molten material 40 has solidified.
  • heat conducting elements 49 with high thermal conductivity.
  • the ability of materials to dissipate heat Q depends not only on the thermal conductivity, but also on the density of the respective material.
  • their expansion when the temperature changes after the molten material 40 has solidified must be taken into account.
  • the melting temperature of the material used for the heat conducting element 49 and/or the thermal insulation element 51 must not be lower than that of the material 40.
  • copper In comparison to aluminum, which has a thermal conductivity of around 160 W/mK, copper has a thermal conductivity of around 400 W/mK, silicon carbide a thermal conductivity of around 490 W/mK, graphite a thermal conductivity of around 2000 W/mK and diamond a thermal conductivity of over 2000 W/mK. All of the above-mentioned materials can be used. The use of boron compounds is also possible.
  • Copper is particularly preferred for the heat conducting element 49, as its melting temperature is around 1060 °C. If a high thermal conductivity is now required, an insert made of a material with higher thermal conductivity is inserted as the heat conducting element 49, the volume of which is identical to that of the material 40 that is no longer present. The insert is still inserted into the melt. External dimensions of the heating and Cooling module blocks 6B, 6C, 6D do not change, although the thermal conductivity is partially improved.
  • heat transfer between the material 40 and the heat conducting element 49 and/or the heat insulating element 51 is desired, it must be ensured that during the melting process and/or the casting process there is particularly good contact between the heat conducting element 49 and/or the heat insulating element 51 and the material 40. This can be ensured by a particular surface roughness of the heat conducting element 49 and/or the heat insulating element 51 so that good contact is guaranteed.
  • a contact-mediating layer can be introduced between the heat-conducting element 49 and/or the heat-insulating element 51 and the material 40. This can be done by applying a special surface coating to the heat-conducting element 49 and/or the heat-insulating element 51. It is also possible to heat the heat-conducting element 49 and/or the heat-insulating element 51 to the temperature of the molten material 40 in order to improve contact.
  • Fig. 6 shows a schematic block diagram of an embodiment of a method for producing the heating and cooling module block 6A, 6B, 6C, 6D.
  • the material 40 is melted in a step S1.
  • the melted material 40 is cast in such a way that the heating and cooling module block 6, 6A, 6B, 6C, 6D is manufactured in particular as a one-piece component, and in such a way that the heat conduction within the first section 41 or within the second section 42 is better than the heat conduction between the first section 41 and the second section 42.
  • the step S2 can be carried out with the aid of a casting mold, in particular with the aid of a Die casting mold. The previously mentioned one-piece production is not absolutely necessary.
  • the heating and cooling module block 6, 6A, 6B, 6C, 6D can also be manufactured in several parts.
  • a cavity 45 as mentioned above can be formed in the material 40, which is arranged between the first section 41 and the second section 42.
  • a salt core can be placed in the mold, which is rinsed out after the material 40 has solidified.
  • Several cavities 45 can also be formed.
  • a thermal insulation element 51 as previously explained which is made of a material having a lower thermal conductivity coefficient than the material 40, and/or a thermal conductivity element 49, which is made of a material having a higher thermal conductivity coefficient than the material 40, can be cast with the molten material 40.

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Abstract

Heiz- und Kühlmodulblock (6, 6A, 6B, 6C, 6D) für ein Heiz- und Kühlmodul (4), mit einem Werkstoff (40), aus dem der Heiz- und Kühlmodulblock (6, 6A, 6B, 6C, 6D) gefertigt ist, mehreren Leitungen (32, 33, 34, 35), die in den Werkstoff (40) eingearbeitet sind, einem ersten Abschnitt (41), durch den ein Teil der Leitungen (32, 33, 34, 35) hindurchgeführt ist, und einem zweiten Abschnitt (42), durch den ein weiterer Teil der Leitungen (32, 33, 34, 35) hindurchgeführt ist, wobei die Wärmeleitung innerhalb des ersten Abschnitts (41) oder innerhalb des zweiten Abschnitts (42) besser als die Wärmeleitung zwischen dem ersten Abschnitt (41) und dem zweiten Abschnitt (42) ist.

Description

HEIZ- UND KÜHLMODULBLOCK, HEIZ- UND KÜHLMODUL UND
VERFAHREN
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Heiz- und Kühlmodulblock für ein Heiz- und Kühlmodul, ein Heiz- und Kühlmodul mit einem derartigen Heiz- und Kühlmodulblock und ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen Heiz- und Kühlmodulblocks.
Zwischen Komponenten von Klimaanlagen und Wärmepumpen ist eine diffusionsdichte und druckfeste Verbindung erforderlich. Gemäß betriebsinternen Erkenntnissen können hierzu Rohre aus Metallen, die in der Regel durch Löt- oder Schweißverbindungen und/oder Flanschverbindungen in Verbindung mit Dichtringen einen geschlossenen Kreislauf bilden, eingesetzt werden. Eine derartige Verbindungstechnik ist jedoch nur bedingt prozesssicher, da beispielsweise Lötverbindungen sehr stark von den gewählten Prozessparametern abhängen und außerdem in der Herstellung sehr aufwendig sind sowie einen großen Bauraum beanspruchen. Darüber hinaus erhöht sich mit der Anzahl der Verbindungsstellen die Gefahr von Leckagen und damit die Gefahr der Freisetzung von klimaschädlichen Kältemitteln an die Umgebung.
Um die Anzahl der vorgenannten Verbindungen einzusparen, ist es gemäß betriebsinternen Erkenntnissen ferner möglich, einen überwiegend einstückigen Heiz- und Kühlmodulblock einzusetzen, durch welchen Leitungen hindurchgeführt sind. Ein derartiger Heiz- und Kühlmodulblock kann sich jedoch nach einer gewissen Betriebsdauer gleichmäßig erwärmen, wodurch auch Wärme zwischen durch den Heiz- und Kühlmodulblock verlaufenden Leitungen übertragen werden kann, zwischen denen eine Übertragung von Wärme nicht erwünscht ist. Dies ist hinsichtlich der Effizienz einer Wärmepumpe mit einem derartigen Heiz- und Kühlmodulblock nachteilig. Vor diesem Hintergrund besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, einen verbesserten Heiz- und Kühlmodulblock zur Verfügung zu stellen.
Demgemäß wird ein Heiz- und Kühlmodulblock für ein Heiz- und Kühlmodul vorgeschlagen. Der Heiz- und Kühlmodulblock umfasst einen Werkstoff, aus dem der Heiz- und Kühlmodulblock gefertigt ist, mehrere Leitungen, die in den Werkstoff eingearbeitet sind, einen ersten Abschnitt, durch den ein Teil der Leitungen hindurchgeführt ist, und einen zweiten Abschnitt, durch den ein weiterer Teil der Leitungen hindurchgeführt ist, wobei die Wärmeleitung innerhalb des ersten Abschnitts oder innerhalb des zweiten Abschnitts besser als die Wärmeleitung zwischen dem ersten Abschnitt und dem zweiten Abschnitt ist.
Dadurch, dass die Wärmeleitung innerhalb des ersten Abschnitts oder innerhalb des zweiten Abschnitts besser als die Wärmeleitung zwischen dem ersten Abschnitt und dem zweiten Abschnitt ist, ist es möglich, die Leitungen, die durch den ersten Abschnitt verlaufen, und die Leitungen, die durch den zweiten Abschnitt verlaufen, thermisch voneinander zu trennen. Die Leitungen, die innerhalb des jeweiligen Abschnitts verlaufen, sind jedoch thermisch nicht voneinander getrennt, so dass hier innerhalb des jeweiligen Abschnitts eine gute Übertragung von Wärme zwischen den Leitungen möglich ist. Dies Verbessert die Effizienz eines Heiz- und Kühlmoduls mit einem derartigen Heiz- und Kühlmodulblock. In bestimmten Bereichen des Heiz- und Kühlmodulblocks kann jedoch die Übertragung von Wärme auch bewusst gefördert werden, wodurch dann die Effizienz des Heiz- und Kühlmoduls ebenfalls gesteigert werden kann.
Das Heiz- und Kühlmodul oder der Heiz- und Kühlmodulblock kann für einen Einsatz in einem Gebäude geeignet sein. Alternativ kann das Heiz- und Kühlmodul oder der Heiz- und Kühlmodulblock auch in einem Kraftfahrzeug, beispielsweise in einem Personenkraftwagen, eingesetzt werden. Das Heiz- und Kühlmodul oder der Heiz- und Kühlmodulblock kann dann beispielsweise Teil einer Klimaanlage des Fahrzeugs sein. Das Heiz- und Kühlmodul kann sowohl in einem Heizbetrieb als auch in einem Kühlbetrieb arbeiten. Dementsprechend kann das Heiz- und Kühlmodul auch als Klimatisierungsmodul bezeichnet werden.
Bevorzugt ist das Heiz- und Kühlmodul eine Wärmepumpe oder Teil einer Wärmepumpe. Demgemäß kann auch der Heiz- und Kühlmodulblock Teil einer Wärmepumpe sein. Unter einer "Wärmepumpe" ist vorliegend eine Maschine zu verstehen, die unter Aufwendung von technischer Arbeit thermische Energie aus einem Reservoir mit niedrigerer Temperatur, vorliegend beispielsweise einer Umgebung der Maschine, aufnimmt und - zusammen mit der Antriebsenergie - als Nutzwärme auf ein zu beheizendes System mit höherer Temperatur, vorliegend beispielsweise einen Innenraum des Gebäudes oder des Fahrzeugs, überträgt. Das Heiz- und Kühlmodul kann demgemäß auch als Wärmepumpen-Heiz- und Kühlmodul oder als Wärmepumpenmodul bezeichnet werden.
Der Werkstoff, aus dem der Heiz- und Kühlmodulblock gefertigt ist, ist vorzugsweise ein Leichtmetall. Beispielsweise kann als Werkstoff für den Heiz- und Kühlmodulblock eine Aluminiumlegierung oder eine Magnesiumlegierung eingesetzt werden. Es können jedoch auch zumindest abschnittsweise Kunststoffe und/oder Faserverbundwerkstoffe eingesetzt werden.
Vorzugsweise ist der Heiz- und Kühlmodulblock als einstückiges Bauteil aus dem Werkstoff gefertigt. Somit ist der Heiz- und Kühlmodulblock insbesondere einstückig oder einteilig. Dies ist jedoch nicht zwingend erforderlich. Dass der Heiz- und Kühlmodulblock ein "einstückiges" oder "einteiliges" Bauteil ist, bedeutet vorliegend insbesondere, dass der Heiz- und Kühlmodulblock nicht aus unterschiedlichen Unterbauteilen zusammengesetzt ist, sondern ein einziges durchgehendes Bauteil, nämlich den Heiz- und Kühlmodulblock, bildet. Besonders bevorzugt ist der Heiz- und Kühlmodulblock ein materialeinstückiges Bauteil. "Materialeinstückig" bedeutet vorliegend insbesondere, dass der Heiz- und Kühlmodulblock durchgehend aus demselben Material, beispielsweise aus einer wie zuvor erwähnten Aluminiumlegierung, gefertigt ist.
Alternativ kann der Heiz- und Kühlmodulblock auch mehrteilig oder vielteilig sein. "Mehrteilig" oder "vielteilig" heißt vorliegend, dass der Heiz- und Kühlmodulblock aus unterschiedlichen Unterbauteilen zusammengesetzt sein kann. Beispielsweise kann der Heiz- und Kühlmodulblock zweiteilig sein und beispielsweise einen Grundkörper und einen Deckel aufweisen. Beispielsweise sind die Leitungen in den Grundkörper eingearbeitet. Die Leitungen können dann mit Hilfe des Deckels verschlossen werden. Somit können Wandungen der Leitungen zumindest abschnittsweise an dem Grundkörper und abschnittsweise an dem Deckel vorgesehen sein. Für den Fall, dass die Leitungen beispielsweise einen rechteckförmigen Querschnitt und damit auch rechteckförmige Wandungen auf- weisen, kann beispielsweise eine Seite des rechteckförmigen Querschnitts an dem Deckel vorgesehen sein, wobei drei weitere Seiten des rechteckförmigen Querschnitts an dem Grundkörper vorgesehen sein können. Der Heiz- und Kühlmodulblock kann auch in zwei Hälften oder Gehäusehälften aufgeteilt sein.
Die Leitungen können Teil eines Kältekreislaufs und/oder Teil eines Kühlkreislaufs sein. Das heißt insbesondere, dass durch den Heiz- und Kühlmodulblock zumindest ein Teil eines Kältekreislaufs und/oder ein Teil eines Kühlkreislaufs verlaufen kann. Für den Fall, dass durch den Heiz- und Kühlmodulblock ein Kältekreislauf verläuft, sind die Leitungen, oder zumindest ein Teil der Leitungen, mit einem Kältemittel gefüllt. Für den Fall, dass durch den Heiz- und Kühlmodulblock ein Kühlkreislauf verläuft, sind die Leitungen, oder zumindest ein Teil der Leitungen, mit einem Kühlmittel gefüllt.
Ein "Kältemittel" transportiert Enthalpie von einem Kühlgut zu der Umgebung. Der Unterschied zu einem "Kühlmittel" ist, dass ein Kältemittel in einem Kältekreislauf die Enthalpie entlang einem Temperaturgradienten transportieren kann, so dass unter Aufwendung von zugeführter Energie die Umgebungstemperatur sogar höher sein darf als die Temperatur des zu kühlenden Gegenstands, während ein Kühlmittel lediglich in der Lage ist, in einem Kühlkreislauf die Enthalpie entgegen dem Temperaturgradienten zu einer Stelle niedriger Temperatur zu transportieren. Als Kältemittel kann beispielsweise 1,1,1,2-Tetrafluorethan (R-134a), Kohlenstoffdioxid (R744) oder jedes andere geeignete Kältemittel eingesetzt werden. Ein Beispiel für ein Kühlmittel ist Wasser.
Dass die Leitungen in den Werkstoff "eingearbeitet" oder "eingebracht" sind, bedeutet vorliegend insbesondere, dass die Leitungen bevorzugt durch ein materialabtragendes Verfahren, wie beispielsweise Bohren, Fräsen und/oder Erodieren, insbesondere in Form von Hohlräumen, Ausnehmungen, Bohrungen oder Nuten in den blockförmigen Werkstoff des Heiz- und Kühlmodulblocks eingearbeitet oder eingebracht werden. Die Leitungen können jedoch auch dadurch in den Heiz- und Kühlmodulblock "eingearbeitet" oder "eingebracht" werden, dass der Heiz- und Kühlmodulblock in einem additiven oder generativen Fertigungsverfahren, insbesondere in einem 3D-Druckverfahren, um die Leitungen "herum" aufgebaut wird. Die Leitungen können ferner auch dadurch in den Werkstoff "eingearbeitet" oder "eingebracht" werden, dass ein Satzkern oder mehrere Salzkerne mit dem geschmolzenen Werkstoff umgossen werden. Durch ein Ausspülen des Salzkerns oder der Salzkerne werden dann die Leitungen gebildet.
"Eingearbeitet" bedeutet ferner insbesondere, dass die Leitungen zumindest teilweise als in dem Werkstoff vorgesehener Hohlraum oder Hohlräume ausgebildet sind. Das heißt, dass durch den Heiz- und Kühlmodulblock keine zusätzlichen Bauteile, wie beispielsweise Rohre, zum Führen des Kältemittels und/oder des Kühlmittels verlaufen. Das heißt auch, dass das Kältemittel und/oder das Kühlmittel im Betrieb des Heiz- und Kühlmoduls mit dem Werkstoff direkt in Kontakt treten kann. Die schließt jedoch nicht aus, dass die Leitungen innenseitig zumindest abschnittsweise mit einer Beschichtung, beispielsweise mit einer korrosionshemmenden Beschichtung, beschichtet sind.
Der Heiz- und Kühlmodulblock ist bevorzugt blockförmig oder plattenförmig. ''Blockförmig'' bedeutet dabei vorliegend, dass der Heiz- und Kühlmodulblock quaderförmig oder kastenförmig ist. "Plattenförmig" bedeutet, dass eine Dicke des Heiz- und Kühlmodulblocks deutlich kleiner ist als eine Breitenausdehnung und eine Tiefenausdehnung desselben. Besonders bevorzugt ist der Heiz- und Kühlmodulblock plattenförmig. Der Heiz- und Kühlmodulblock kann daher auch als Heiz- und Kühlmodulplatte bezeichnet werden. Das heißt, dass die Begriffe "Heiz- und Kühlmodulblock" und "Heiz- und Kühlmodulplatte" beliebig gegeneinander getauscht werden können.
Der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt bilden zusammen den Heiz- und Kühlmodulblock bevorzugt als einstückiges Bauteil. Das heißt insbesondere, dass der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt untrennbar miteinander verbunden sein können. Insbesondere bilden der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt zusammen den Heiz- und Kühlmodulblock als insbesondere materialeinstückiges Bauteil. Beispielsweise sind durch den ersten Abschnitt zwei Leitungen hindurchgeführt, wobei durch den zweiten Abschnitt zwei weitere sich von den vorgenannten Leitungen unterscheidende Leitungen hindurchgeführt sind.
Beispielsweise kann der Wärmestrom Q oder <t> innerhalb des ersten Abschnitts oder innerhalb des zweiten Abschnitts größer sein als zwischen dem ersten Abschnitt und dem zweiten Abschnitt. Unter dem "Wärmestrom" oder "Wärmefluss" ist vorliegend eine physikalische Größe zur quantitativen Beschreibung von Wärmeübertragungsvorgängen zu verstehen. Der Wärmestrom <t> beschreibt die Menge an Wärmeenergie öQ, die in einer Zeitspanne öt von einem Ort hoher Temperatur zu einem Ort niederer Temperatur übertragen wird. Es gilt dann:
Vorliegend kann beispielsweise der Wärmestrom <t> zwischen den zuvor erwähnten Leitungen, die durch den ersten Abschnitt verlaufen, oder zwischen den Leitungen, die durch den zweiten Abschnitt verlaufen, größer sein als zwischen den Leitungen des ersten Abschnitts und den Leitungen des zweiten Abschnitts.
Unter der "Wärmeleitung", "Wärmediffusion" oder "Konduktion" ist vorliegend ein Mechanismus zum Transport von thermischer Energie zu verstehen. Wärme fließt dabei immer nur in Richtung geringerer Temperatur. Dabei geht keine Wärmeenergie verloren. Es gilt der Energieerhaltungssatz. Die Wärmeleitung innerhalb des ersten Abschnitts oder innerhalb des zweiten Abschnitts kann beispielsweise dadurch besser sein als die Wärmeleitung zwischen dem ersten Abschnitt und dem zweiten Abschnitt, dass zwischen dem ersten Abschnitt und dem zweiten Abschnitt ein wärmedämmendes Element, beispielsweise in Form eines Hohlraums oder eines Wärmedämmelements, das aus einem anderen Werkstoff gefertigt ist als der Heiz- und Kühlmodulblock, vorgesehen wird.
Gemäß einer Ausführungsform weist der erste Abschnitt eine erste Querschnittsfläche auf, wobei der zweite Abschnitt eine zweite Querschnittsfläche aufweist, und wobei die erste Querschnittsfläche kleiner als die zweite Querschnittsfläche ist.
Die erste Querschnittsfläche und die zweite Querschnittsfläche können jeweils eine beliebige Geometrie aufweisen. Beispielsweise können die erste Querschnittsfläche und die zweite Querschnittsfläche jeweils rechteckförmig, insbesondere quadratisch, ausgebildet sein. Beispielsweise kann die zweite Querschnittsfläche ein Vielfaches der ersten Querschnittsfläche betragen. Dadurch, dass die zweite Querschnittsfläche größer als die erste Querschnittsfläche ist, kann sich der zweite Abschnitt im Betrieb des Heiz- und Kühlmodulblocks stärker als der erste Abschnitt erwärmen. Hierdurch ist eine Übertragung von Wärme zwischen den Leitungen, die innerhalb des zweiten Abschnitts angeordnet sind, besser als zwischen den Leitungen, die innerhalb des ersten Abschnitts angeordnet sind. Ferner wird auch eine Übertragung von Wärme von dem ersten Abschnitt auf den zweiten Abschnitt und umgekehrt durch die unterschiedlich großen Querschnittsflächen gehemmt. Insbesondere gibt der erste Abschnitt schneller und/oder mehr Wärme an die Umgebung ab als der zweite Abschnitt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der erste Abschnitt eine erste Breite auf, wobei der zweite Abschnitt eine zweite Breite aufweist, und wobei die erste Breite kleiner als die zweite Breite ist.
Vorzugsweise ist dem Heiz- und Kühlmodulblock ein Koordinatensystem mit einer ersten Raumrichtung, Breitenrichtung oder x-Richtung, einer zweiten Raumrichtung, Hochrichtung oder y-Richtung und einer dritten Raumrichtung, Tiefenrichtung oder z-Richtung zugeordnet. Die Richtungen sind senkrecht zueinander orientiert. Beispielsweise können die erste Breite und die zweite Breite jeweils entlang der x-Richtung orientiert sein. Die zweite Breite kann ein Vielfaches der ersten Breite betragen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Heiz- und Kühlmodulblock einen Hohlraum auf, der zwischen dem ersten Abschnitt und dem zweiten Abschnitt angeordnet ist.
Der Hohlraum ist vorzugsweise luftgefüllt. Der Hohlraum kann jedoch auch mit einem anderen Gas, wie beispielsweise Stickstoff, gefüllt sein. Der zwischen dem ersten Abschnitt und dem zweiten Abschnitt angeordnete Hohlraum dient der Wärmedämmung und verhindert oder hemmt eine Übertragung von Wärme zwischen dem ersten Abschnitt und dem zweiten Abschnitt und umgekehrt. Der Hohlraum kann dadurch erzeugt werden, dass beispielsweise ein Salzkern mit dem geschmolzenen Werkstoff des Heiz- und Kühlmodulblocks umgossen wird.
Der Salzkern kann nach einem Erstarren des Werkstoffs ausgespült werden, wodurch der Hohlraum gebildet wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Heiz- und Kühlmodulblock Stege auf, die an dem Hohlraum vorbeigeführt sind und die den ersten Abschnitt einstückig mit dem zweiten Abschnitt verbinden.
Über eine Breite der Stege kann eingestellt werden, ob eine bessere oder eine schlechtere Übertragung von Wärme über die Stege von dem ersten Abschnitt auf den zweiten Abschnitt und umgekehrt erzielt werden soll. Der Hohlraum ist vorzugsweise zwischen den Stegen angeordnet. Insbesondere sind zumindest zwei Stege vorgesehen. Es können ein erster Steg und ein zweiter Steg vorgesehen sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Heiz- und Kühlmodulblock ein Wärmedämmelement auf, das in dem Hohlraum aufgenommen ist, wobei das Wärmedämmelement aus einem Material gefertigt ist, das einen geringeren Wär- meleitkoeffizienten als der Werkstoff aufweist.
Unter dem "Wärmeleitkoeffizienten", der "Wärmeleitfähigkeit" oder der "Wärmeleitzahl" ist vorliegend eine Stoffeigenschaft zu verstehen, die den Wärmestrom durch ein Material auf Grund der Wärmeleitung bestimmt. An der Wärmeleitfähigkeit lässt sich ablesen, wie gut ein Material Wärme leitet oder wie gut es sich zur Wärmedämmung eignet. Je niedriger der Wert der Wärmeleitfähigkeit, desto besser ist die Wärmedämmung. Das Wärmedämmelement kann beispielsweise bei der Herstellung des Heiz- und Kühlmodulblocks mit dem Material des Heiz- und Kühlmodulblocks umgossen werden. Das Wärmedämmelement ist bevorzugt aus einem schlecht wärmeleitenden Material gefertigt. Beispielsweise kann das Wärmedämmelement aus Glaswolle oder einem keramischen Werkstoff, insbesondere aus einem aufgeschäumten Werkstoff, gefertigt sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Wärmedämmelement oberflächenbeschichtet, um eine stoffschlüssige Verbindung mit dem Werkstoffherzustellen.
Bei stoffschlüssigen Verbindungen werden die Verbindungspartner durch atomare oder molekulare Kräfte zusammengehalten. Stoffschlüssige Verbindungen sind nicht lösbare Verbindungen, die sich nur durch Zerstörung der Verbindungsmittel und/oder der Verbindungspartner voneinander trennen lassen. Alternativ kann das Wärmedämmelement auch formschlüssig mit dem Werkstoff verbunden sein. Formschlüssige Verbindungen entstehen durch das Ineinander- oder Hintergreifen von mindestens zwei Verbindungspartnern. Beispielsweise kann der Werkstoff auf mikroskopischer Ebene formschlüssig in das Wärmedämmelement eingreifen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Heiz- und Kühlmodulblock ein Wärmeleitelement auf, das von dem Werkstoff umschlossen ist, wobei das Wärmeleitelement aus einem Material gefertigt ist, das einen höheren Wärmeleitkoeffizienten als der Werkstoff aufweist.
Beispielsweise ist das Wärmeleitelement aus Kupfer gefertigt. Es können jedoch auch andere Werkstoff für das Wärmeleitelement eingesetzt werden. Beispielsweise kann das Wärmeleitelement auch aus Grafit gefertigt sein. Das Wärmeleitelement kann mit dem Werkstoff des Heiz- und Kühlmodulblocks umgossen werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Wärmeleitelement oberflächenbeschichtet, um eine stoffschlüssige Verbindung mit dem Werkstoffherzustellen. Es kann zusätzlich oder alternativ auch eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Wärmeleitelement und dem Werkstoff her gestellt werden. Alternativ oder zusätzlich können das Wärmedämmelement und/oder das Wärmeleitelement auch erhitzt werden, bevor das Wärmedämmelement und/oder das Wärmeleitelement mit dem geschmolzenen Werkstoff des Heiz- und Kühlmodulblocks umgossen werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Wärmeleitelement zwischen zwei benachbarten und durch den ersten Abschnitt und/oder zwischen zwei benachbarten und durch den zweiten Abschnitt hindurchgeführten Leitungen angeordnet, um jeweils die Wärmeleitung zwischen den zwei benachbarten Leitungen zu verbessern.
Insbesondere ist das Wärmedämmelement zwischen dem ersten Abschnitt und dem zweiten Abschnitt angeordnet, so dass die Übertragung von Wärme zwischen dem ersten Abschnitt und dem zweiten Abschnitt verhindert oder zumindest gehemmt wird. Im Gegensatz hierzu wird mit Hilfe des Wärmeleitelements innerhalb des ersten Abschnitts und/oder innerhalb des zweiten Abschnitts die Wärmeleitung zwischen den jeweiligen benachbarten Leitungen verbessert.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform folgt das Wärmeleitelement einem Verlauf der zwei benachbarten Leitungen durch den Heiz- und Kühlmodulblock.
Das heißt insbesondere, dass das Wärmeleitelement beispielsweise in einem konstanten Abstand zu den Leitungen angeordnet ist und beispielsweise einer Kurve der Leitungen durch den Heiz- und Kühlmodulblock folgen kann. Ferner wird ein Heiz- und Kühlmodul mit zumindest einem derartigen Heiz- und
Kühlmodulblock vorgeschlagen, wobei das Heiz- und Kühlmodul eine Wärmepumpe ist.
Wie zuvor erwähnt, kann das Heiz- und Kühlmodul für immobile Anwendungen, beispielsweise in der Gebäudetechnik, eingesetzt werden. Das Heiz- und Kühlmodul kann jedoch auch Teil eines Fahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, sein.
Ferner wird ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen Heiz- und Kühlmodulblocks vorgeschlagen. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte^ a) Aufschmelzen des Werkstoffs und b) Gießen des aufgeschmolzenen Werkstoffs derart, dass der Heiz- und Kühlmodulblock gefertigt wird, und derart, dass die Wärmeleitung innerhalb des ersten Abschnitts oder innerhalb des zweiten Abschnitts besser als die Wärmeleitung zwischen dem ersten Abschnitt und dem zweiten Abschnitt ist.
Beispielsweise kann der Heiz- und Kühlmodulblock in einem Druckgussverfahren hergestellt werden. Hierbei wird der aufgeschmolzene Werkstoff in eine Druckgussform gegossen, um den Heiz- und Kühlmodulblock zu bilden. Zum Bilden eines wie zuvor erwähnten Hohlraums kann in die Druckgussform ein wie zuvor erwähnter Satzkern eingelegt werden. Ferner können in die Druckgussform auch das Wärmedämmelement und/oder das Wärmeleitelement eingelegt werden. Bevorzugt wird während des Schritts b) der aufgeschmolzene Werkstoff derart gegossen, dass der Heiz- und Kühlmodulblock als einstückiges Bauteil gefertigt wird. Wie zuvor erwähnt, ist dies jedoch nicht zwingend erforderlich. Der Heiz- und Kühlmodulblock kann auch als mehrteilig sein. In diesem Fall können beispielsweise der zuvor erwähnte Grundkörper und der Deckel getrennt voneinander gefertigt, insbesondere gegossen, werden. Gemäß einer Ausführungsform wird während des Schritts b) ein Hohlraum in dem Werkstoff gebildet, der zwischen dem ersten Abschnitt und dem zweiten Abschnitt angeordnet wird.
Wie zuvor erwähnt, dient der Hohlraum der thermischen Entkopplung des ersten Abschnitts von dem zweiten Abschnitt und umgekehrt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird während des Schritts b) ein Wärmedämmelement, das aus einem Material gefertigt ist, das einen geringeren Wärmeleitkoeffizienten als der Werkstoff aufweist, und/oder ein Wärmeleitelement, das aus einem Material gefertigt ist, das einen höheren Wärmeleitkoeffizienten als der Werkstoff aufweist, mit dem aufgeschmolzenen Werkstoff umgossen.
Die Anzahl der Wärmedämmelemente und die Anzahl der Wärmeleitelemente ist beliebig. Wie zuvor erwähnt, können das Wärmedämmelement und/oder das Wärmeleitelement oberflächenbeschichtet sein. Ferner ist auch ein Vorwärmen des Wärmedammelements und/oder des Wärmeleitelements vor dem Umgießen derselben mit dem geschmolzenen Werkstoff möglich, um eine verbesserte Verbindung zwischen dem Werkstoff und dem Wärmedämmelement und/oder dem Wärmeleitelement zu erzielen.
Die für den vorgeschlagenen Heiz- und Kühlmodulblock beschriebenen Ausführungsformen und Merkmale gelten für das vorgeschlagene Heiz- und Kühlmodul und/oder für das vorgeschlagene Verfahren entsprechend und umgekehrt.
"Ein" ist vorliegend nicht zwingend als beschränkend auf genau ein Element zu verstehen. Vielmehr können auch mehrere Elemente, wie beispielsweise zwei, drei oder mehr, vorgesehen sein. Auch jedes andere hier verwendete Zählwort ist nicht dahingehend zu verstehen, dass eine Beschränkung auf genau die genannte Anzahl von Elementen gegeben ist. Vielmehr sind zahlenmäßige Abweichungen nach oben und nach unten möglich, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist.
Weitere mögliche Implementierungen des Heiz- und Kühlmodulblocks, des Heiz- und Kühlmoduls und/oder des Verfahrens umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmalen oder Ausführungsformen. Dabei wird der Fachmann auch Einzelaspekte oder Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform des Heiz- und Kühlmodulblocks, des Heiz- und Kühlmoduls und/oder des Verfahrens hinzufügen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Aspekte des Heiz- und Kühlmodulblocks, des Heiz- und Kühlmoduls und/oder des Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele des Heiz- und Kühlmodulblocks, des Heiz- und Kühlmoduls und/oder des Verfahrens. Im Weiteren werden der Heiz- und Kühlmodulblock, das Heiz- und Kühlmodul und/oder das Verfahren anhand von bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigelegten Figuren näher erläutert.
Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht einer Ausführungsform eines Heiz- und Kühlsystems!
Fig. 2 zeigt eine schematische Schnittansicht einer Ausführungsform eines Heiz- und Kühlmodulblocks für das Heiz- und Kühlsystem gemäß Fig.i;
Fig. 3 zeigt eine schematische Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform eines Heiz- und Kühlmodulblocks für das Heiz- und Kühlsystem gemäß Fig.i; Fig. 4 zeigt eine schematische Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform eines Heiz- und Kühlmodulblocks für das Heiz- und Kühlsystem gemäß Fig.i;
Fig. 5 zeigt eine schematische Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform eines Heiz- und Kühlmodulblocks für das Heiz- und Kühlsystem gemäß Fig.i; und
Fig. 6 zeigt ein schematisches Blockdiagramm einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Herstellen eines Heiz- und Kühlmodulblocks gemäß Fig. 2, Fig. 3, Fig. 4 oder Fig. 5.
In den Figuren sind gleiche oder funktions gleiche Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen worden, sofern nichts anderes angegeben ist.
Die Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht einer Ausführungsform eines Heiz- und Kühlsystems 1 für ein Gebäude 2. Das Heiz- und Kühlsystem 1 kann daher als Gebäude-Heiz- und Kühlsystem bezeichnet werden. Das Gebäude 2 kann beispielsweise ein Wohnhaus, insbesondere ein Einfamilienhaus oder ein Mehrfamilienhaus, oder ein Bürogebäude sein. Das Heiz- und Kühlsystem 1 ist geeignet, einen Innenraum 3 des Gebäudes 2 zu heizen und zu kühlen. Das Heiz- und Kühlsystem 1 kann daher auch als Klimatisierungssystem bezeichnet werden.
Das Heiz- und Kühlsystem 1 kann jedoch auch bei einem Fahrzeug (nicht gezeigt), insbesondere bei einem Kraftfahrzeug, Anwendung finden. In diesem Fall kann das Heiz- und Kühlsystem 1 als Fahrzeug-Heiz- und Kühlsystem bezeichnet werden. Das Heiz- und Kühlsystem 1 kann eine Klimaanlage oder Teil einer Klimaanlage des Fahrzeugs sein. Das Heiz- und Kühlsystem 1 umfasst ein kompaktes Heiz- und Kühlmodul 4, das außerhalb des Gebäudes 2, das heißt in einer Umgebung 5 desselben, oder in dem Innenraum 3 des Gebäudes 2 angeordnet sein kann. Das Heiz- und Kühlmodul 4 kann auch als Klimatisierungsmodul bezeichnet werden.
Für den Fall, dass das Heiz- und Kühlmodul 4 bei einem Gebäude 2 zur Anwendung kommt, kann dieses auch als Gebäude-Heiz- und Kühlmodul bezeichnet werden. Für den Fall, dass das Heiz- und Kühlmodul 4 bei einem Fahrzeug zur Anwendung kommt, kann dieses auch als Fahrzeug-Heiz- und Kühlmodul bezeichnet werden.
Das Heiz- und Kühlmodul 4 weist einen Kältemittelleitungsblock oder Heiz- und Kühlmodulblock 6 auf, in dem mit Hilfe von Bohrungen, Kanälen, Hohlräumen oder dergleichen ein Kältemittelkreislauf 7 verwirklicht ist, in welchem ein Kältemittel K zirkuliert. Das Kältemittel K kann 1,1,1,2-Tetrafluorethan (R-134a) oder jedes andere geeignete Kältemittel sein. Der Heiz- und Kühlmodulblock 6 kann auch als Ventilblock bezeichnet werden.
Ein ''Kältemittel" transportiert Enthalpie von einem Kühlgut zur Umgebung 5. Der Unterschied zu einem "Kühlmittel" ist, dass ein Kältemittel in einem Kältekreislauf die Enthalpie entlang einem Temperaturgradienten transportieren kann, so dass unter Aufwendung von zugeführter Energie die Umgebungstemperatur sogar höher sein darf als die Temperatur des zu kühlenden Gegenstands, während ein Kühlmittel lediglich in der Lage ist, in einem Kühlkreislauf die Enthalpie entgegen dem Temperaturgradienten zu einer Stelle niedrigerer Temperatur zu transportieren.
Der Heiz- und Kühlmodulblock 6 kann plattenförmig oder quaderförmig sein.
Der Heiz- und Kühlmodulblock 6 kann beispielsweise aus einer Aluminiumlegierung oder aus einer Magnesiumlegierung gefertigt sein. Der Heiz- und Kühlmodulblock 6 kann jedoch auch aus einer Kupferlegierung hergestellt sein. Der Heiz- und Kühlmodulblock 6 ist bevorzugt ein einteiliges, insbesondere ein materialeinstückiges, Bauteil. Der Heiz- und Kühlmodulblock 6 kann jedoch auch mehrteilig sein.
"Einteilig" oder "einstückig" heißt dabei, dass der Heiz- und Kühlmodulblock 6 nicht aus unterschiedlichen Bauteilen zusammengesetzt ist, sondern als ein einziges Bauteil gefertigt wird. "Materialeinstückig" oder "monolithisch" heißt dabei, dass der Heiz- und Kühlmodulblock 6 durchgehend aus demselben Material, beispielsweise aus einer Aluminiumlegierung, gefertigt ist. Dies schließt jedoch nicht aus, dass der Heiz- und Kühlmodulblock 6 einen Deckel oder andere öffenbare und verschließbare Wartungsöffnungen aufweist.
Insbesondere kann der Heiz- und Kühlmodulblock 6 auch mehrteilig oder vielteilig sein. "Mehrteilig" oder "vielteilig" heißt vorliegend, dass der Heiz- und Kühlmodulblock 6 aus unterschiedlichen Unterbauteilen zusammengesetzt sein kann. Beispielsweise kann der Heiz- und Kühlmodulblock 6 zweiteilig sein und beispielsweise einen Grundkörper und einen Deckel aufweisen. Der Heiz- und Kühlmodulblock 6 kann auch in zwei Hälften oder Gehäusehälften aufgeteilt sein. Nachfolgend wird jedoch davon ausgegangen, dass der Heiz- und Kühlmodulblock 6 ein einteiliges Bauteil ist.
Der Kältemittelkreislauf 7 selbst kann beispielsweise durch Bohren, Fräsen, Erodieren oder sonstige abtragende Bearbeitungsverfahren in den Heiz- und Kühlmodulblock 6 eingebracht werden. Auf diese Weise wird ein diffusionsgeschlossener Kältemittelkreislauf 7 mit geringstmöglicher Anzahl an potenziellen Leckstellen geschaffen.
Ferner kann der Heiz- und Kühlmodulblock 6 auch in einem additiven oder generativen Fertigungsverfahren, insbesondere im 3D-Druck, um den Kältemittelkreislauf 7 "herum" aufgebaut werden. Der Heiz- und Kühlmodulblock 6 kann auch ein Gussbauteil sein, wobei der Kältemittelkreislauf 7 durch eingelegte Kerne verwirklicht werden kann, die nach der Fertigstellung des Heiz- und Kühlmodulblocks 6 entfernt werden.
Dadurch, dass wesentliche kältemittelführende Hohlräume des Kältemittelkreislaufs 7 in den massiven Heiz- und Kühlmodulblock 6 funktional eingebracht werden, können die im Vergleich zu einer herkömmlichen Verrohrung erforderlichen Fügetechniken zum Schließen des Kältemittelkreislaufs 7 erheblich reduziert werden.
Mit dem Heiz- und Kühlmodulblock 6 kann somit eine geringere Leckage des Kältemittels K, im Vergleich zu Lötverfahren eine prozesssichere Produktion, eine geringere Baugröße bei höherer Leistungsdichte sowie eine hohe Flexibilität, beispielsweise hinsichtlich der Einsatzmöglichkeiten des Heiz- und Kühlmoduls 4, erzielt werden.
Durch die Reduktion der Anzahl der lösbaren Verbindungen kann ein hermeti- sierter Kältemittelkreislauf 7 mit geringer Kältemitteldiffusion und erhöhter Montagefreundlichkeit bei geringer Baugröße erreicht werden. Damit erfolgt eine Reduktion des Inverkehrbringens umweltgefährdender Stoffe, wie beispielsweise von Kältemittel K, mit hohem Treibhauspotential.
Vorzugsweise umfasst der in dem Heiz- und Kühlmodulblock 6 verwirklichte Kältemittelkreislauf 7 auch - wie nachfolgend noch erläutert wird -Ventile oder Ventileinrichtungen, die abhängig von unterschiedlichen Betriebsmodi des Heiz- und Kühlmoduls 4 das Kältemittels K in unterschiedliche Hohlräume leiten können und damit eine Flussrichtung des Kältemittels K umkehren und somit beispielsweise eine Kreislaufumkehr oder auch eine Abtauschaltung darstellen können. Ventilkörper dieser Ventile können in den Heiz- und Kühlmodulblock 6 eingepresst oder eingeklebt werden, wenngleich der Wartungsfreundlichkeit halber auch eine lösbare Verbindungstechnik Anwendung finden kann.
Ferner können weitere funktionale Baugruppen wie beispielsweise ein Pufferspeicher, ein Trockner oder auch ein Schauglas in den Heiz- und Kühlmodulblock 6 integriert werden. Diese können in den Heiz- und Kühlmodulblock 6 vollständig in Form eines weiteren Hohlraums oder in Form einer an den Heiz- und Kühlmodulblock 6 angefügten Baugruppe funktional integriert sein.
Ferner kann in dem Heiz- und Kühlmodulblock 6 auch ein Hohlraum als Pufferspeicher vorgesehen sein, der einen Filter und/oder ein Trocknungsmittel umfassen kann. Üblicherweise werden derartige Trocknungsmittel in definierten Service-Intervallen gewechselt. Um dies ausführen zu können, bietet es sich an, zu diesem Zweck eine lösbare Verbindung vorzusehen, die einen Zugang zu diesem vorgenannten Hohlraum erlaubt und den Tausch des Trocknungsmittels im Rahmen von Servicetätigkeiten ermöglicht. Weiterhin kann auch eine zur Steuerung der Ventile und gegebenenfalls eines Verdichters notwendige Elektronik sowie die erforderlichen Sensoren, wie beispielsweise Temperatur- und/oder Drucksensoren ebenfalls in den Heiz- und Kühlmodulblock 6 integriert werden.
Bedarfsabhängig können Wärmeübertrager des Heiz- und Kühlsystems 1, abhängig von einer jeweiligen verwendeten Wärmequelle und Wärmesenke beliebig als Kältemittel-Luft- W ärmeübertr ager, Kältemittel- W asser - W ärmeübertr ager oder Kältemittel-Sole- Wärmeübertrager ausgeführt sein. Es ist auch möglich, den vorgenannten Verdichter zumindest teilweise in den Heiz- und Kühlmodulblock 6 zu integrieren.
Vorliegend umfasst der in dem Heiz- und Kühlmodulblock 6 verwirklichte Kältemittelkreislauf 7 eine beispielsweise als Bohrung in den Heiz- und Kühlmodulblock 6 eingebrachte Kältemittelleitung 8, die von einer an dem Heiz- und Kühlmodulblock 6 vorgesehenen Schnittstelle 9 zu einer an dem Heiz- und Kühlmodulblock 6 vorgesehenen Schnittstelle 10 führt. Die Schnittstellen 9, 10 können beispielsweise Flansche oder Stutzen sein, an denen Schläuche oder Rohre angebracht werden können.
Die Kältemittelleitung 8 umfasst ein in den Heiz- und Kühlmodulblock 6 eingearbeitetes Expansionsventil oder Drosselventil 11. Das Drosselventil 11 kann eine Drossel, also eine an der Kältemittelleitung 8 vorgesehene Verengung oder Drossel zur Expansion des Kältemittels K, sein. Das Drosselventil 11 kann in nur einer oder in zwei Richtungen durchströmbar sein.
Eine weitere in dem Heiz- und Kühlmodulblock 6 vorgesehene Kältemittelleitung 12 führt von einer Schnittstelle 13 zu einer Schnittstelle 14 des Heiz- und Kühlmodulblocks 6. Eine Kältemittelleitung 15 führt von einer Schnittstelle 16 zu einer Schnittstelle 17. Eine in dem Heiz- und Kühlmodulblock 6 verwirklichte Kältemittelleitung 18 verbindet die Kältemittelleitungen 12, 15 fluidisch miteinander. Die Kältemittelleitung 18 weist ein Ventil 19, insbesondere ein Schaltventil, auf, das ebenfalls in dem Heiz- und Kühlmodulblock 6 angeordnet ist.
An den Schnittstellen 10, 13 ist mit Hilfe von außerhalb des Heiz- und Kühlmodulblocks 6 angeordneten Kältemittelleitungen 20, 21 ein Wärmetauscher 22, insbesondere ein Luft-Kältemittel- Wärmetauscher, der ebenfalls außerhalb des Heiz- und Kühlmodulblocks 6 angeordnet ist, angeschlossen. Die Kältemittelleitungen 20, 21 können Rohre oder Schläuche sein. Die Kältemittelleitungen 20, 21 sind an die Schnittstellen 10, 13 angeflanscht. Dem Wärmetauscher 22 ist ein Ventilator oder Lüfter 23 zugeordnet. Der Lüfter 23 kann eine Luftströmung erzwingen, um einen verbesserten Wärmeaustausch zu ermöglichen.
An den Schnittstellen 9, 17 ist mit Hilfe von Kältemittelleitungen 24, 25 ein Wärmetauscher 26 angeschlossen. Die Kältemittelleitungen 24, 25 und der Wärmetauscher 26 sind außerhalb des Heiz- und Kühlmodulblocks 6 angeordnet. Die Kältemittelleitungen 24, 25 und/oder der Wärmetauscher 26 können jedoch auch zumindest abschnittsweise innerhalb des Heiz- und Kühlmodulblocks 6 angeordnet sein. Die Kältemittelleitungen 24, 25 können Schläuche oder Rohre sein. Die Kältemittelleitungen 24, 25 sind an die Schnittstellen 9, 17 angeflanscht. Der Wärmetauscher 26 ist bevorzugt ein Kältemittel- Wärmeträgermedium- Wärmetauscher, insbesondere ein Kältemittel- Wasser- Wärmetauscher.
Der Wärmetauscher 26 ist geeignet, Wärme Q von dem Kältemittelkreislauf 7 auf einen Wärmeträgermediumkreislauf 27 und umgekehrt zu übertragen. In dem Wärmeträgermediumkreislauf 27 zirkuliert ein Wärmeträgermedium M, beispielsweise Wasser. Das Wärmeträgermedium M ist ein Kühlmittel. Der Wärmeträgermediumkreislauf 27 umfasst neben dem Wärmetauscher 26 einen Wärmetauscher 28, der in dem Innenraum 3 des Gebäudes 2 angeordnet ist. Der Wärmetauscher 28 ist ein Wärmeträgermedium-Luft- Wärmetauscher. Der Wärmetauscher 28 kann ein Heizkörper oder Radiator sein. Der Wärmeträgermediumkreislauf 27 kann zumindest teilweise innerhalb des Heiz- und Kühlmodulblocks 6 platziert sein.
An den Schnittstellen 14, 16 ist ein Kompressor oder Verdichter 29 zum Verdichten des Kältemittels K angeschlossen. Der Verdichter 29 ist vollständig außerhalb des Heiz- und Kühlmodulblocks 6 platziert. Wie zuvor erwähnt, kann der Verdichter 29 jedoch auch zumindest teilweise in den Heiz- und Kühlmodulblock 6 integriert sein. Der Verdichter 29 umfasst eine Verdichtergeometrie 30 und einen Motor 31, insbesondere einen Elektromotor, zum Antreiben der Verdichtergeometrie 30. Die Verdichter geometrie 30 kann Verdichterschaufeln oder einen Kolben umfassen.
Die Funktionalität des Heiz- und Kühlsystems 1 in einem Heizbetrieb wird nachfolgend erläutert. Das Heiz- und Kühlsystem 1 fungiert dabei als Wärmepumpe, insbesondere als Luft- Wasser- Wärmepumpe. Durch eine geeignete Kombination der Wärmetauscher 22, 26, 28, beispielsweise durch die Verwendung von zwei Kältemittel-Flüssigkeits- Wärmetauschern, lässt sich eine Wasser- Wasser- Wärmepumpe oder durch Kombination zweier Kältemittel-Luft- Wärmetauscher eine Luft-Luft- Wärmepumpe darstellen.
Unter einer "Wärmepumpe" ist vorhegend eine Maschine zu verstehen, die unter Aufwendung von technischer Arbeit thermische Energie aus einem Reservoir mit niedrigerer Temperatur, vorliegend die Umgebung 5, aufnimmt und - zusammen mit der Antriebsenergie - als Nutzwärme auf ein zu beheizendes System mit höherer Temperatur, vorliegend den Innenraum 3 des Gebäudes 2, überträgt.
Der Wärmetauscher 22 nimmt aus der Umgebung 5 Wärme Q auf. Der Wärmetauscher 22 arbeitet dabei als Verdampfer, um das Kältemittel K zumindest teilweise zu verdampfen. Das Kältemittel K nimmt dabei die Wärme Q auf. Das Kältemittel K ist kalt, weist einen niedrigen Druck auf und ist zumindest teilweise gasförmig. Dieses Kältemittel K wird über die Kältemittelleitungen 12, 21 dem Verdichter 29 zugeführt und verdichtet. Stromabwärts des Verdichters 29 weist das Kältemittel K eine hohe Temperatur und einen hohen Druck auf und ist zumindest teilweise gasförmig.
Das Kältemittel K wird anschließend über die Kältemittelleitungen 15, 24 dem Wärmetauscher 26 zugeführt. Der Wärmetauscher 26 fungiert als Kondensator. Das gasförmige Kältemittel K kondensiert in dem Wärmetauscher 26 und gibt Wärme Q an den Wärmeträgermediumkreislauf 27 ab. Stromabwärts des Wärmetauschers 26 ist das Kältemittel K flüssig, weist einen hohen Druck auf und ist warm.
Das Kältemittel K wird so über die Kältemittelleitungen 8, 25 dem Drosselventil
11 zugeführt, wo der Druck abgebaut wird. Stromabwärts des Drosselventils 11 ist das Kältemittel K flüssig, weist einen niedrigen Druck auf und ist sehr kalt.
Das Kältemittel K wird über die Kältemittelleitungen 8, 20 wieder dem Wärmetauscher 22 zugeführt, wo es erneut Wärme Q aufnimmt.
Die auf den Wärmeträgermediumkreislauf 27 übertragene Wärme Q wird mit Hilfe des Wärmetauschers 28 an den Innenraum 3 abgegeben, um diesen zu heizen. Für ein Kühlen des Innenraums 3 kann der oben erläuterte Prozess umgekehrt werden. Das Heiz- und Kühlsystem 1 befindet sich dann in einem Kühlbetrieb.
Die Fig. 2 zeigt eine schematische Schnittansicht einer Ausführungsform eines wie zuvor erwähnten Heiz- und Kühlmodulblocks 6A.
Dem Heiz- und Kühlmodulblock 6A ist ein Koordinatensystem mit einer ersten Raumrichtung, Breitenrichtung oder x-Richtung x, einer zweiten Raumrichtung, Hochrichtung oder y-Richtung y und einer dritten Raumrichtung, Tiefenrichtung oder z-Richtung z zugeordnet. Die Richtungen x, y, z sind senkrecht zueinander orientiert.
Die Schnittansicht gemäß der Fig. 2 verläuft senkrecht zu Kanälen oder Leitungen 32, 33, 34, 35, die durch den Heiz- und Kühlmodulblock 6 A hin durch geführt sind. Die Leitungen 32, 33, 34, 35 können Teil des Kältemittelkreislaufs 7 und/oder des Wärmeträgermediumkreislaufs 27 sein. Beispielsweise können die Leitungen 32, 33, 34, 35 die zuvor erwähnten Kältemittelleitungen 8, 12, 15, 18, 20, 21, 24, 25 oder andere Komponenten des Kältemittelkreislaufs 7 oder des Wärmeträgermediumkreislaufs 27 sein. Die Leitungen 32, 33, 34, 35 können im Querschnitt kreisförmig sein. Dies ist jedoch nicht zwingend erforderlich. Beispielsweise können die Leitungen 32, 33, 34, 35 im Querschnitt auch rechteckförmig, insbesondere quadratisch, sein. Jede Leitung 32, 33, 34, 35 weist eine die jeweilige Leitung 32, 33, 34, 35 einschließende oder umschließende Innenwandung oder Wandung 36, 37, 38, 39 auf. Mit anderen Worten ist jede Leitung 32, 33, 34, 35 mit Hilfe ihrer jeweiligen Wandung 36, 37, 38, 39 von einem Werkstoff 40, aus dem der Heiz- und Kühlmodulblock 6A gefertigt ist, abgegrenzt. Die Wandungen 36, 37, 38, 39 umschließen somit die Leitungen 32, 33, 34, 35.
Durch die Leitungen 32, 33, 34, 35 zirkuliert das Kältemittel K und/oder das Wärmeträgermedium M. Beispielsweise kann durch sämtliche Leitungen 32, 33, 34, 35 das Kältemittel K, durch sämtliche Leitungen das Wärmeträgermedium M oder durch einige Leitungen 32, 33, 34, 35 das Kältemittel K und durch andere Leitungen 32, 33, 34, 35 das Wärmeträgermedium M zirkulieren.
Die Leitungen 32, 33, 34, 35 sind in den Heiz- und Kühlmodulblock 6A integriert. "Integriert" bedeutet dabei, dass die Leitungen 32, 33, 34, 35 direkt in den Werkstoff 40 des Heiz- und Kühlmodulblocks 6A eingebracht oder eingearbeitet sind. Der Werkstoff 40 kann auch als Material oder Heiz- und Kühlmodulblockwerkstoffbezeichnet werden.
Das "Einbringen" oder "Einarbeiten" der Leitungen 32, 33, 34, 35 in den Werkstoff 40 kann beispielsweise durch Bohren, Fräsen und/oder Erodieren geschehen. Auch additive oder generative Fertigungsverfahren, insbesondere 3D-Druck, sind einsetzbar. "Integriert" kann auch bedeuten, dass die Leitungen 32, 33, 34, 35 umfänglich vollständig von dem Werkstoff 40 umgeben sind. Dies ist jedoch nicht zwingend erforderlich.
"Integriert" heißt auch, dass das Kältemittel K und/oder das Wärmeträgermedium M in direkten Kontakt mit dem Werkstoff 40 gerät. Dies schließt jedoch nicht aus, dass die Leitungen 32, 33, 34, 35 innenseitig an ihren Wandungen 36, 37, 38, 39 beschichtet sind, um beispielsweise Korrosion zu verhindern oder zu erschweren.
Wie zuvor schon erwähnt, kann der Heiz- und Kühlmodulblock 6A aus einer Aluminiumlegierung oder aus einer Magnesiumlegierung gefertigt sein. Das heißt, dass der Werkstoff 40 eine Aluminiumlegierung oder eine Magnesiumlegierung sein kann. Es können jedoch auch andere metallische Werkstoffe eingesetzt werden. Ferner kann der Heiz- und Kühlmodulblock 6A auch aus einem Kunststoffmaterial gefertigt sein. Auch keramische Materiahen können als Werkstoff 40 Anwendung finden.
Der Heiz- und Kühlmodulblock 6A ist ein einstückiges, insbesondere ein materialeinstückiges, Bauteil. Der Heiz- und Kühlmodulblock 6A kann einen ersten Abschnitt 41, durch den die Leitungen 32, 33 verlaufen, und einen zweiten Abschnitt 42, durch den die Leitungen 34, 35 verlaufen, aufweisen. Die Anzahl der Abschnitte 41, 42 ist beliebig. Die Abschnitte 41, 42 sind einstückig, insbesondere materialeinstückig, miteinander verbunden und bilden zusammen den Heiz- und Kühlmodulblock 6A.
Der erste Abschnitt 41 weist eine erste Querschnittsfläche 43 auf, die schraffiert dargestellt ist. Der zweite Abschnitt 42 weist dementsprechend eine zweite Querschnittsfläche 44 auf, die ebenfalls schraffiert dargestellt ist. Die erste Querschnittsfläche 43 ist kleiner als die zweite Querschnittsfläche 44. Die Querschnittsflächen 43, 44 können rechteckförmig sein. Die Querschnittsflächen 43, 44 können jedoch grundsätzlich jede beliebige Querschnittsgeometrie aufweisen.
Beispielsweise weist der erste Abschnitt 41 entlang der x-Richtung x betrachtet eine Breite b41 auf. Dementsprechend weist der zweite Abschnitt 42 entlang der x-Richtung x betrachtet eine Breite b42 auf. Die Breite b41 ist kleiner als die Breite b42. Zwischen den Leitungen 32, 33 sowie zwischen den Leitungen 34, 35 wird jeweils Wärme Q übertragen. Dadurch, dass die erste Querschnittsfläche 43, durch welche die Leitungen 32, 33 verlaufen, kleiner als die zweite Querschnittsfläche 44, durch welche die Leitungen 34, 35 verlaufen, ist, ist die Übertragung von Wärme Q zwischen den Leitungen 32, 33 im Vergleich zu der Übertragung von Wärme Q zwischen den Leitungen 34, 35 reduziert. Dies führt dazu, dass zwischen den Leitungen 34, 35 im Vergleich zu den Leitungen 32, 33 mehr Wärme Q pro Zeiteinheit übertragen wird.
Ferner kühlt der erste Abschnitt 41 aufgrund seiner im Vergleich zu dem zweiten Abschnitt 42 kleineren ersten Querschnittsfläche 43 stärker und/oder schneller aus als der zweite Abschnitt 42. Da der erste Abschnitt 41 eine kleinere Breite b41 als der zweite Abschnitt 42 aufweist, ist eine Übertragung von Wärme Q von dem zweiten Abschnitt 42 auf den ersten Abschnitt 41 erschwert, so dass sich der erste Abschnitt 41 weniger erwärmt als der zweite Abschnitt 42.
Der Heiz- und Kühlmodulblock 6A verbessert die Effizienz des Heiz- und Kühlsystems 1, insbesondere im Betrieb als Wärmepumpe. Insbesondere wird die Wärme Verteilung innerhalb des Heiz- und Kühlmodulblocks 6A optimiert. Dabei wird eine homogene Aufwärmung des Heiz- und Kühlmodulblocks 6A unterbunden. In dem ersten Abschnitt 41 ist aufgrund der kleineren ersten Querschnittsfläche 43 nur wenig des Werkstoffs 40 vorhanden. Dies führt dazu, dass weniger Wärme Q von der Leitung 32 zu der Leitung 33 oder umgekehrt übertragen wird. Umgekehrt ist es bei dem zweiten Abschnitt 42 und den Leitungen 34, 35.
Die Fig. 3 zeigt eine schematische Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform eines wie zuvor erwähnten Heiz- und Kühlmodulblocks 6B. Wie der Heiz- und Kühlmodulblock 6A ist der Heiz- und Kühlmodulblock 6B blockförmig. Der Heiz- und Kühlmodulblock 6B ist aus einem wie zuvor erwähnten Werkstoff 40 gefertigt. Durch den Werkstoff 40 sind Leitungen 32, 33, 34, 35 geführt, die mit Hilfe von Wandungen 36, 37, 38, 39 umschlossen oder eingeschlossen sind. Beispielsweise soll zwischen den Leitungen 32, 33 und den Leitungen 34, 35 jeweils ein Austausch von Wärme Q erfolgen. Zwischen den beiden Leitungen 32, 33 und den beiden Leitungen 34, 35 soll bevorzugt jeweils kein Austausch von Wärme Q erfolgen.
Der Heiz- und Kühlmodulblock 6B weist einen ersten Abschnitt 41 und einen zweiten Abschnitt 42 auf, die zusammen den einstückigen, insbesondere materialeinstückigen, Heiz- und Kühlmodulblock 6B bilden. Zwischen dem ersten Abschnitt 41 und dem zweiten Abschnitt 42 ist ein Hohlraum 45 angeordnet, der in den Werkstoff 40 eingearbeitet ist. Der Hohlraum 45 wird von einer Wandung 46 umschlossen oder umgrenzt. Der Hohlraum 45 kann entlang der Leitung 33 und/oder entlang der Leitung 34 verlaufen.
Der Hohlraum 45 kann beispielsweise bei der Herstellung des Heiz- und Kühlmodulblocks 6B mit Hilfe eines Salzkerns hergestellt werden, der mit dem geschmolzenen Werkstoff 40 umgossen und nach dem Erstarren des Werkstoffs 40 ausgespült wird. Ferner kann der Hohlraum 45 auch mit Hilfe von ab tragenden Fertigungsverfahren in den Heiz- und Kühlmodulblock 6B eingearbeitet werden.
Der Hohlraum 45 ist entlang der y-Richtung y betrachtet zwischen den Leitungen 33, 34 angeordnet und verhindert oder erschwert eine Übertragung von Wärme Q von dem ersten Abschnitt 41 auf den zweiten Abschnitt 42 oder umgekehrt. Der erste Abschnitt 41 und der zweite Abschnitt 42 sind nur mit Hilfe von Stegen 47, 48, die beidseits des Hohlraums 45 angeordnet sind, miteinander verbunden. Die Stege 47, 48 stellen eine Querschnittseinengung zwischen den beiden Abschnitten 41, 42 dar. Eine Übertragung von Wärme Q zwischen den Abschnitten 41, 42 ist nur über die Stege 47, 48 möglich. Es sind ein erster Steg
47 und ein zweiter Steg 48 vorgesehen.
Der Hohlraum 45 kann gasgefüllt, insbesondere luftgefüllt, sein. Der Hohlraum 45 kann jedoch auch mit anderen Gasen, wie beispielsweise Stickstoff, gefüllt sein. Zusammenfassend erschwert der Hohlraum 45 eine Übertragung von Wärme Q zwischen den beiden Abschnitten 41, 42 und damit auch zwischen den Leitungen 32, 33 sowie den Leitungen 34, 35.
Zwischen der Leitung 34 und der Leitung 35 soll eine Übertragung von Wärme Q im Vergleich zu den Leitungen 32, 33 verbessert sein. Hierzu ist entlang der y Richtung y betrachtet zwischen der Leitung 34 und der Leitung 35 ein Wärmeleitelement 49 positioniert. Das Wärmeleitelement 49 ist in dem Werkstoff 40 eingekapselt oder von diesem umschlossen. Eine Wandung 50 des Heiz- und Kühlmodulblocks 6B umschließt das Wärmeleitelement 49.
Das Wärmeleitelement 49 ist aus einem Werkstoff gefertigt, der eine höhere Wärmeleitfähigkeit oder einen höheren Wärmeleitkoeffizient als der Werkstoff 40 aufweist. Hierdurch wird die Übertragung von Wärme Q zwischen den Leitungen 34, 35 verbessert. Das Wärmeleitelement 49 kann bei der Herstellung des Heiz- und Kühlmodulblocks 6B mit dem Werkstoff 40 umgossen werden.
In dem zweiten Abschnitt 42 wird die Übertragung von Wärme Q durch ein Einlegeteil in Form des Wärmeleitelements 49 erhöht. In dem ersten Abschnitt 41 wird die Übertragung von Wärme Q zwar nicht gehemmt, ist jedoch aufgrund des Fehlens eines derartigen Wärmeleitelements 49 schlechter als in dem zweiten Abschnitt 42. Zusätzlich ist noch der Hohlraum 45 zwischen den beiden Abschnitten 41, 42 vorgesehen, der die Übertragung von Wärme Q hemmt. Der Hohlraum 45 verhindert, dass die unterschiedlichen Abschnitte 41, 42 jeweils Einfluss aufeinander haben. Jedoch kann auch der zweite Abschnitt 42 ein derartiges Wärmeleitelement 49 (nicht gezeigt) aufweisen.
Die Fig. 4 zeigt eine schematische Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform eines wie zuvor erwähnten Heiz- und Kühlmodulblocks 6C.
Der Heiz- und Kühlmodulblock 6C unterscheidet sich von dem Heiz- und Kühlmodulblock 6B nur dadurch, dass der Hohlraum 45 nicht gasgefüllt ist, sondern, dass dieser mit einem Wärmedämmelement 51 gefüllt ist. Alle Ausführungen betreffend den Heiz- und Kühlmodulblock 6B sind entsprechend auf den Heiz- und Kühlmodulblock 6C und umgekehrt anwendbar.
Das Wärmedämmelement 51 kann beispielsweise bei der Herstellung des Heiz- und Kühlmodulblocks 6C mit dem Werkstoff 40 umgossen werden. Das Wärmedämmelement 51 ist aus einem schlecht wärmeleitenden Material gefertigt. Beispielsweise kann das Wärmedämmelement 51 aus Glaswolle oder einem keramischen Werkstoff, insbesondere aus einem aufgeschäumten Werkstoff, gefertigt sein.
Die Fig. 5 zeigt eine schematische Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform eines wie zuvor erwähnten Heiz- und Kühlmodulblocks 6D.
Der Heiz- und Kühlmodulblock 6D ist aus einem wie zuvor erwähnten Werkstoff 40 gefertigt, durch den Leitungen 32, 33, 34, 35 hindurchgeführt sind, die von Wandungen 36, 37, 38, 39 begrenzt sind. Der Heiz- und Kühlmodulblock 6D weist einen ersten Abschnitt 41, durch den die Leitungen 32, 33 hindurchverlaufen, und einen zweiten Abschnitt 42, durch den die Leitungen 34, 35 hindurchverlaufen, auf. Die Abschnitte 41, 42 bilden zusammen den Heiz- und Kühlmodulblock 6D als einstückiges, insbesondere als materialeinstückiges, Bauteil. Zwischen dem ersten Abschnitt 41 und dem zweiten Abschnitt 42 ist ein wie zuvor erläutertes Wärmedämmelement 51 angeordnet, das von einer Wandung 46 des Heiz- und Kühlmodulblocks 6D eingekapselt ist. Das Wärmedämmelement 51 trennt die Abschnitte 41, 42 thermisch voneinander, so dass eine Übertragung von Wärme Q von dem ersten Abschnitt 41 auf den zweiten Abschnitt 42 nicht möglich oder zumindest erschwert ist. Die Leitungen 32, 33 und die Leitungen 34, 35 sind mit Hilfe des Wärmedämmelements 51 voneinander getrennt.
Zwischen den Leitungen 32, 33 ist ein wie zuvor erläutertes Wärmeleitelement 49 platziert, das von einer Wandung 50 des Heiz- und Kühlmodulblocks 6D umschlossen ist. Zwischen den Leitungen 34, 35 ist ebenfalls ein wie zuvor erläutertes Wärmeleitelement 49 platziert, das von einer Wandung 50 des Heiz- und Kühlmodulblocks 6D umschlossen ist. Die Wärmeleitelemente 49 erleichtern die Übertragung sowohl von Wärme Q von der Leitung 32 auf die Leitung 33 und umgekehrt als auch die Übertragung von Wärme Q von der Leitung 34 auf die Leitung 35 und umgekehrt.
Im Betrieb des Heiz- und Kühlmodulblocks 6D kann beispielsweise durch die Leitung 32 ein heißes erstes Kältemittel Kl geführt werden, das Wärme Q auf ein erstes Wärmeträgermedium Ml überträgt, das durch die Leitung 33 geführt wird. In der Orientierung der Fig. 5 tritt das erste Kältemittel Kl mit einer ersten Temperatur TI oberseitig in den Heiz- und Kühlmodulblock 6D ein und in der Orientierung der Fig. 5 unterseitig mit einer zweiten Temperatur T2 wieder aus diesem aus. Dabei ist die erste Temperatur TI höher als die zweite Temperatur T2.
Während das erste Kältemittel Kl durch den Heiz- und Kühlmodulblock 6D strömt, gibt dieses Wärme Q an das erste Wärmeträgermedium Ml ab. Das erste Wärmeträgermedium Ml tritt mit einer dritten Temperatur T3 in den Heiz- und Kühlmodulblock 6D ein und mit einer vierten Temperatur T4 wieder aus diesem aus. Dabei ist die vierte Temperatur T4 höher als die dritte Temperatur T3. Die dritte Temperatur T3 ist niedriger als die zweite Temperatur T2. Die vierte Temperatur T4 ist niedriger als die erste Temperatur TI.
Durch die Leitung 34 kann ein kaltes zweites Wärmeträgermedium M2 geführt werden, das Wärme Q auf ein sehr kaltes zweites Kältemittel K2 überträgt, das durch die Leitung 35 geführt wird. In der Orientierung der Fig. 5 tritt das zweite Wärmeträgermedium M2 mit einer fünften Temperatur T5 oberseitig in den Heiz- und Kühlmodulblock 6D ein und in der Orientierung der Fig. 5 unterseitig mit einer sechsten Temperatur T6 wieder aus diesem aus. Dabei ist die fünfte Temperatur T5 höher als die sechste Temperatur T6.
Während das zweite Wärmeträgermedium M2 durch den Heiz- und Kühlmodulblock 6D strömt, gibt dieses Wärme Q an das zweite Kältemittel K2 ab. Das zweite Kältemittel K2 tritt mit einer siebten Temperatur T7 in den Heiz- und Kühlmodulblock 6D ein und mit einer achten Temperatur T8 wieder aus diesem aus. Dabei ist die achte Temperatur T8 höher als die siebte Temperatur T7. Die siebte Temperatur T7 ist niedriger als die fünfte Temperatur T5. Die sechste Temperatur T6 ist niedriger als die achte Temperatur T8.
Zumindest bei den unterschiedlichen Ausführungsformen des Heiz- und Kühlmodulblocks 6B, 6C, 6D kann mit Hilfe des Wärmeleitelements 49 partiell die Übertragung von Wärme Q gefördert werden, so dass einzelne Bereiche des Heiz- und Kühlmodulblocks 6B, 6C, 6D als Wärmetauscher ausgebildet sein können.
Zusammenfassend ist somit einerseits eine thermische Entkopplung oder ein Hemmen der Übertragung von Wärme Q, beispielsweise mit Hilfe der unterschiedlichen Breiten b41, b42, des Hohlraums 45 und/oder des Wärmedämmelements 51, möglich, wobei andererseits eine gezielte thermische Kopplung oder eine Begünstigung der Übertragung von Wärme Q, beispielsweise mit Hilfe des Wärmeleitelements 49, erzielbar ist.
Zur thermischen Entkopplung kann für das Wärmedämmelement 51 ein Material eingesetzt werden, welches eine geringere Wärmeleitfähigkeit als der Werkstoff 40 aufweist. Zur Begünstigung der Übertragung von Wärme Q kann partiell eine Materialstärke des Heiz- und Kühlmodulblocks 6A, 6B, 6C, 6D erhöht werden. Zur Erhöhung der thermischen Leitfähigkeit wird für das Wärmeleitelement 49 ein Material eingesetzt, welches eine höhere Wärmeleitfähigkeit hat als der Werkstoff 40. Zur Hemmung der Übertragung von Wärme Q kann, beispielsweise im Bereich der Stege 47, 48, partiell die Materialstärke verringert werden.
In dem Heiz- und Kühlmodulblock 6A, 6B, 6C, 6D sollen prozessbedingt einige Bereiche die Übertragung von Wärme Q fördern und andere Bereiche die Übertragung von Wärme Q verhindern oder zumindest behindern. Werden keine, wie zuvor erwähnten, konstruktiven Maßnahmen ergriffen, erhitzt sich der Heiz- und Kühlmodulblock 6A, 6B, 6C, 6D nach einer Zeit homogen und nimmt in bestimmten Bereichen eine ungewünschte Temperatur an. Diese Temperatur kann zu gering und/oder zu hoch sein.
Prinzipiell sind, wie zuvor erläutert, mindestens zwei Möglichkeiten zur Verbesserung oder Verhinderung der Übertragung von Wärme Q möglich. Zum einen kann, wie mit Bezug auf den Heiz- und Kühlmodulblock 6A erläutert, eine Änderung der Formgebung erfolgen. Zum anderen können Bauteile, wie beispielsweise das Wärmeleitelement 49 und/oder das Wärmedämmelement 51, zu dem Heiz- und Kühlmodulblock 6B, 6C, 6D hinzugefügt werden.
Bei der Änderung der Formgebung ist der Ansatz, dass bei einer Materialanhäufung, beispielsweise im Bereich des zweiten Abschnitts 42 des Heiz- und Kühlmodulblocks 6A, eine größere Übertragung von Wärme Q stattfindet als bei einer Materialeinsparung, wie beispielsweise im Bereich des ersten Abschnitts 41 des Heiz- und Kühlmodulblocks 6A. Sollte in bestimmten Bereichen des Heiz- und Kühlmodulblocks 6 A nun eine größere Übertragung von Wärme Q stattfinden, dann wird in diesen Bereichen eine größere Materialstärke verwirklicht.
Soll umgekehrt in einem anderen bestimmten Bereich eine geringere Übertragung von Wärme Q stattfinden, so wird bewusst Material weggelassen und somit eine geringere Materialstärke eingestellt. Der Heiz- und Kühlmodulblock 6A ist somit nicht mehr in allen Ebenen symmetrisch, insbesondere in Bezug auf seine äußere Kontur. Insbesondere weist der Heiz- und Kühlmodulblock 6A über seine gesamte Länge zumindest in einem Bereich eine abweichende Breite b41, b42 auf. Dieses Vorgehen kann angewendet werden, wenn äußere Faktoren, wie beispielsweise ein zur Verfügung stehender Bauraum, keine begrenzende Größe darstellen.
Das Hinzufügen von Elementen in Form des Hohlraums 45, des Wärmeleitelements 49 und/oder des Wärmedämmelements 51 berücksichtigt das Problem einer äußeren räumlichen Bauraumbegrenzung. Die Grundidee ist, Elemente in Form des Hohlraums 45, des Wärmeleitelements 49 und/oder des Wärmedämmelements 51 einzusetzen, welche eine höhere oder eine geringe Wärmeleitfähigkeit aufweisen als der Werkstoff 40, beispielsweise Aluminium.
Beispielsweise eignet sich in dem Hohlraum 45 aufgenommene Luft sehr gut als Element mit geringer Wärmeleitfähigkeit. Im Vergleich zu Aluminium mit einer Wärmeleitfähigkeit von etwa 160 W/mK weist Luft eine Wärmeleitfähigkeit von etwa 0,0262 W/mK auf. Ist nun bereichsweise eine geringe Wärmeleitfähigkeit gewünscht, wird an dieser Stelle der Hohlraum 45 geschaffen, sodass dieser praktisch als Isolator dient. Wie zuvor erwähnt, kann dieser Hohlraum 45 mit einem Wärmedämmelement 51 in Form eines Schaums oder einem sonstigen Isolator gefüllt sein. Der Hohlraum 45 kann beispielsweise durch Ätzen, Bohren, Fräsen oder dergleichen nachträglich in den Werkstoff 40 eingebracht werden. Besonders bevorzugt wird der Hohlraum 45 direkt bei einem Gießprozess eingebracht, indem beispielsweise ein Salzkern in eine Druckgussform eingelegt und nach dem Erstarren des aufgeschmolzenen Werkstoffs 40 wieder ausgespült wird.
Unterschiedliche metallische und nichtmetallische Werkstoffe eigenen sich als Wärmeleitelement 49 mit hoher Wärmeleitfähigkeit. Die Fähigkeit von Werkstoffen, Wärme Q abzuführen hängt nicht nur allein von der Wärmeleitfähigkeit, sondern auch von der Dichte des jeweiligen Werkstoffs ab. Bei Einlegeteilen in Form des Wärmeleitelements 49 und/oder des Wärmedämmelements 51 ist deren Ausdehnung bei Temperaturveränderung nach der Erstarrung des aufgeschmolzenen Werkstoffs 40 zu beachten. Ferner darf die Schmelztemperatur des für das Wärmeleitelement 49 und/oder das Wärmedämmelement 51 verwendeten Werkstoffs nicht unter der des Werkstoffs 40 liegen.
Im Vergleich zu Aluminium mit einer Wärmeleitfähigkeit von etwa 160 W/mK weisen Kupfer eine Wärmeleitfähigkeit von etwa 400 W/mK, Siliziumcarbid eine Wärmeleitfähigkeit von etwa 490 W/mK, Grafit eine Wärmeleitfähigkeit von etwa 2000 W/mK und Diamant eine Wärmeleitfähigkeit von über 2000 W/mK auf. All die vorgenannten Werkstoffe können Anwendung finden. Auch ein Einsatz von Borverbindungen ist möglich.
Besonders bevorzugt wird für das Wärmeleitelement 49 Kupfer eingesetzt, dessen Schmelztemperatur bei etwa 1060 °C liegt. Ist nun eine hohe Wärmeleitfähigkeit gewünscht, wird als Wärmeleitelement 49 ein Einlegeteil aus einem Werkstoff mit höherer Wärmeleitfähigkeit eingebracht, dessen Volumen identisch dem des nicht mehr vorhandenen Werkstoffs 40 ist. Das Einlegeteil wird noch in die Schmelze eingebracht. Äußere Dimensionen des Heiz- und Kühlmodulblocks 6B, 6C, 6D ändern sich dabei nicht, obwohl die Wärmeleitfähigkeit partiell verbessert wird.
Sofern ein Wärmeübergang zwischen dem Werkstoff 40 und dem Wärmeleitelement 49 und/oder dem Wärmedämmelement 51 gewünscht ist, muss sichergestellt werden, dass während des Schmelzprozesses und/oder des Umgießprozesses eine besonders gute Kontaktierung zwischen dem Wärmeleitelement 49 und/oder dem Wärmedämmelement 51 sowie dem Werkstoff 40 erfolgt. Dies kann durch eine besondere Oberflächenrauigkeit des Wärmeleitelements 49 und/oder des Wärmedämmelements 51 sichergestellt werden, damit ein guter Kontakt gewährleistet wird.
Ferner kann zwischen dem Wärmeleitelement 49 und/oder dem Wärmedämmelement 51 sowie dem Werkstoff 40 eine Kontaktvermittlerschicht eingebracht werden. Dies kann dadurch erfolgen, dass das Wärmeleitelement 49 und/oder das Wärmedämmelement 51 besonders oberflächenbeschichtet wird. Weiterhin ist es möglich, das Wärmeleitelement 49 und/oder das Wärmedämmelement 51 auf die Temperatur des geschmolzenen Werkstoffs 40 aufzuheizen, damit eine Kontaktierung verbessert wird.
Die Fig. 6 zeigt ein schematisches Block diagramm einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Herstellen des Heiz- und Kühlmodulblocks 6A, 6B, 6C, 6D.
Bei dem Verfahren wird der Werkstoff 40 in einem Schritt S1 aufgeschmolzen. In einem Schritt S2 wird der aufgeschmolzene Werkstoffs 40 derart gegossen, dass der Heiz- und Kühlmodulblock 6, 6A, 6B, 6C, 6D insbesondere als einstückiges Bauteil gefertigt wird, und derart, dass die Wärmeleitung innerhalb des ersten Abschnitts 41 oder innerhalb des zweiten Abschnitts 42 besser als die Wärmeleitung zwischen dem ersten Abschnitt 41 und dem zweiten Abschnitt 42 ist. Der Schritt S2 kann mit Hilfe einer Gussform, insbesondere mit Hilfe einer Druckgussform, durchgeführt werden. Die zuvor erwähnte einstückige Fertigung ist nicht zwingend erforderhch. Der Heiz- und Kühlmodulblock 6, 6A, 6B, 6C, 6D kann auch mehrteilig gefertigt werden.
Während des Schritts S2 kann ein wie zuvor erwähnter Hohlraum 45 in dem Werkstoff 40 gebildet werden, der zwischen dem ersten Abschnitt 41 und dem zweiten Abschnitt 42 angeordnet wird. Hierzu kann beispielsweise ein Salzkern in die Gussform eingelegt werden, der nach einem Erstarren des Werkstoffs 40 ausgespült wird. Es können auch mehrere Hohlräume 45 gebildet werden.
Während des Schritts S2 kann alternativ oder zusätzlich ein wie zuvor erläutertes Wärmedämmelement 51, das aus einem Material gefertigt ist, das einen geringeren Wärmeleitkoeffizienten als der Werkstoff 40 aufweist, und/oder ein Wärmeleitelement 49, das aus einem Material gefertigt ist, das einen höheren Wärmeleitkoeffizienten als der Werkstoff 40 aufweist, mit dem aufgeschmolzenen Werkstoff 40 umgossen werden.
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben wurde, ist sie vielfältig modifizierbar.
BEZUGSZEICHENLISTE
Heiz- und Kühlsystem
Gebäude
Innenraum
Heiz- und Kühlmodul
Umgebung
Heiz- und Kühlmodulblock A Heiz- und Kühlmodulblock B Heiz- und Kühlmodulblock 0 Heiz- und Kühlmodulblock D Heiz- und Kühlmodulblock
Kältemittelkreislauf
Kältemittelleitung
Schnittstelle 0 Schnittstelle 1 Drosselventil 2 Kältemittelleitung 3 Schnittstelle 4 Schnittstelle 5 Kältemittelleitung 6 Schnittstelle 7 Schnittstelle 8 Kältemittelleitung 9 Ventil 0 Kältemittelleitung 1 Kältemittelleitung 2 W ärmetauscher 3 Lüfter 4 Kältemittelleitung 5 Kältemittelleitung 6 Wärmetauscher 7 Wärmeträgermediumkreislauf 8 Wärmetauscher 9 Verdichter 0 Verdichtergeometrie 1 Motor 2 Leitung 3 Leitung
34 Leitung
35 Leitung
36 Wandung
37 Wandung
38 Wandung
39 Wandung
40 Werkstoff
41 Abschnitt
42 Abschnitt
43 Querschnittsfläche
44 Querschnittsfläche
45 Hohlraum
46 Wandung
47 Steg
48 Steg
49 Wärmeleitelement
50 Wandung
51 Wärmedämmelement b41 Breite b42 Breite K Kältemittel
Kl Kältemittel
K2 Kältemittel
M Wärmeträgermedium
Ml Wärmeträgermedium
M2 Wärmeträgermedium
51 Schritt
52 Schritt
TI Temperatur
T2 Temperatur
T3 Temperatur
T4 Temperatur
T5 Temperatur
T6 Temperatur
T7 Temperatur
T8 Temperatur
Q Wärme x x-Richtung y y- Richtung z z- Richtung

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Heiz- und Kühlmodulblock (6, 6A, 6B, 6C, 6D) für ein Heiz- und Kühlmodul (4), mit einem Werkstoff (40), aus dem der Heiz- und Kühlmodulblock (6, 6A, 6B,
6C, 6D) gefertigt ist, mehreren Leitungen (32, 33, 34, 35), die in den Werkstoff (40) eingearbeitet sind, einem ersten Abschnitt (41), durch den ein Teil der Leitungen (32, 33, 34, 35) hindurchgeführt ist, und einem zweiten Abschnitt (42), durch den ein weiterer Teil der Leitungen (32, 33, 34, 35) hin durch geführt ist, wobei die Wärmeleitung innerhalb des ersten Abschnitts (41) oder innerhalb des zweiten Abschnitts (42) besser als die Wärmeleitung zwischen dem ersten Abschnitt (41) und dem zweiten Abschnitt (42) ist.
2. Heiz- und Kühlmodulblock nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Abschnitt (41) eine erste Querschnittsfläche (43) aufweist, wobei der zweite Abschnitt (42) eine zweite Querschnittsfläche (44) aufweist, und wobei die erste Querschnittsfläche (43) kleiner als die zweite Querschnittsfläche (44) ist.
3. Heiz- und Kühlmodulblock nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Abschnitt (41) eine erste Breite (b41) aufweist, wobei der zweite Abschnitt (42) eine zweite Breite (b42) aufweist, und wobei die erste Breite (b41) kleiner als die zweite Breite (b42) ist.
4. Heiz- und Kühlmodulblock nach einem der Ansprüche 1 - 3, gekennzeichnet durch einen Hohlraum (45), der zwischen dem ersten Abschnitt (41) und dem zweiten Abschnitt (42) angeordnet ist.
5. Heiz- und Kühlmodulblock nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch
Stege (47, 48), die an dem Hohlraum (45) vorbeigeführt sind und die den ersten Abschnitt (41) einstückig mit dem zweiten Abschnitt (42) verbinden.
6. Heiz- und Kühlmodulblock nach Anspruch 4 oder 5, gekennzeichnet durch ein Wärmedämmelement (51), das in dem Hohlraum (45) aufgenommen ist, wobei das Wärmedämmelement (51) aus einem Material gefertigt ist, das einen geringeren Wärmeleitkoeffizienten als der Werkstoff (40) aufweist.
7. Heiz- und Kühlsystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmedämmelement (51) oberflächenbeschichtet ist, um eine stoffschlüssige Verbindung mit dem Werkstoff (40) herzustellen.
8. Heiz- und Kühlmodulblock nach einem der Ansprüche 1 - 7, gekennzeichnet durch ein Wärmeleitelement (49), das von dem Werkstoff (40) umschlossen ist, wobei das Wärmeleitelement (49) aus einem Material gefertigt ist, das einen höheren Wärmeleitkoeffizienten als der Werkstoff (40) aufweist.
9. Heiz- und Kühlmodulblock nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeleitelement (49) oberflächenbeschichtet ist, um eine stoffschlüssige Verbindung mit dem Werkstoff (40) herzustellen.
10. Heiz- und Kühlmodulblock nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeleitelement (49) zwischen zwei benachbarten und durch den ersten Abschnitt (41) und/oder zwischen zwei benachbarten und durch den zweiten Abschnitt (42) hin durch geführten Leitungen (32, 33, 34, 35) angeordnet ist, um jeweils die Wärmeleitung zwischen den zwei benachbarten Leitungen (32, 33, 34, 35) zu verbessern.
11. Heiz- und Kühlmodulblock nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeleitelement (49) einem Verlauf der zwei benachbarten Leitungen (32, 33, 34, 35) durch den Heiz- und Kühlmodulblock (6D) folgt.
12. Heiz- und Kühlmodul (4) mit zumindest einem Heiz- und Kühlmodulblock (6, 6A, 6B, 6C, 6D) nach einem der Ansprüche 1 - 11, wobei das Heiz- und Kühlmodul (4) eine Wärmepumpe ist.
13. Verfahren zum Herstellen eines Heiz- und Kühlmodulblocks (6, 6A, 6B, 6C, 6D) nach einem der Ansprüche 1 - 11, mit folgenden Schritten: a) Aufschmelzen (Sl) des Werkstoffs (40), und b) Gießen (S2) des aufgeschmolzenen Werkstoffs (40) derart, dass der Heiz- und Kühlmodulblock (6, 6A, 6B, 6C, 6D) gefertigt wird, und derart, dass die Wärmeleitung innerhalb des ersten Abschnitts (41) oder innerhalb des zweiten Abschnitts (42) besser als die Wärmeleitung zwischen dem ersten Abschnitt (41) und dem zweiten Abschnitt (42) ist.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass während des Schritts b) ein Hohlraum (45) in dem Werkstoff (40) gebildet wird, der zwischen dem ersten Abschnitt (41) und dem zweiten Abschnitt (42) an- geordnet wird.
15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass während des Schritts b) ein Wärmedämmelement (51), das aus einem Material gefertigt ist, das einen geringeren Wärmeleitkoeffizienten als der Werkstoff (40) aufweist, und/oder ein Wärmeleitelement (49), das aus einem Material gefer- tigt ist, das einen höheren Wärmeleitkoeffizienten als der Werkstoff (40) auf- weist, mit dem aufgeschmolzenen Werkstoff (40) umgossen wird.
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