WO2011134786A1 - Wärmeaustauscheranordnung - Google Patents

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WO2011134786A1
WO2011134786A1 PCT/EP2011/055732 EP2011055732W WO2011134786A1 WO 2011134786 A1 WO2011134786 A1 WO 2011134786A1 EP 2011055732 W EP2011055732 W EP 2011055732W WO 2011134786 A1 WO2011134786 A1 WO 2011134786A1
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WO
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heat transfer
transfer elements
group
microchannel
heat exchanger
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PCT/EP2011/055732
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English (en)
French (fr)
Inventor
Josef Riha
Original Assignee
A-Heat Allied Heat Exchange Technology Ag
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
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    • F28D1/02—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid
    • F28D1/04—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits
    • F28D1/0408—Multi-circuit heat exchangers, e.g. integrating different heat exchange sections in the same unit or heat exchangers for more than two fluids
    • F28D1/0426—Multi-circuit heat exchangers, e.g. integrating different heat exchange sections in the same unit or heat exchangers for more than two fluids with units having particular arrangement relative to the large body of fluid, e.g. with interleaved units or with adjacent heat exchange units in common air flow or with units extending at an angle to each other or with units arranged around a central element
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F28D1/053—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits the conduits being straight
    • F28D1/0535—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits the conduits being straight the conduits having a non-circular cross-section
    • F28D1/05366—Assemblies of conduits connected to common headers, e.g. core type radiators
    • F28D1/05391—Assemblies of conduits connected to common headers, e.g. core type radiators with multiple rows of conduits or with multi-channel conduits combined with a particular flow pattern, e.g. multi-row multi-stage radiators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
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    • F28D2001/0253—Particular components
    • F28D2001/026—Cores
    • F28D2001/0266—Particular core assemblies, e.g. having different orientations or having different geometric features

Definitions

  • the invention relates to a heat exchanger assembly according to the preamble of claim 1 and the use of such
  • Heat exchanger arrangement according to one of claims 12 to 14. Heat exchangers are found in a variety of technical
  • Refrigerators or household refrigerators in heaters and air conditioning systems for buildings or transport such as cars, buses, ships and aircraft, or as coolers in power plants, internal combustion engines,
  • the heat exchangers are usually connected to a circuit containing a heat transfer medium such as a refrigerant, the heat exchanger heat directly, i. without phase transformation from the liquid or gaseous
  • Heat transfer medium can be effective.
  • Condensing plant contains several cooling coils, each as Heat exchangers, hereinafter also referred to as heat exchanger modules, are executed, and one or more fans for generating an air flow through the heat exchanger modules.
  • Heat exchanger module includes a plurality of so-called microchannel heat transfer elements, which are designed as flat tubes, and which are arranged parallel and spaced from each other, and cooling fins, which are arranged between the flat tubes and connected to the same.
  • the cooling fins each form a zig-zag pattern between two
  • the heat exchanger modules each include an inlet and an outlet collection channel communicating with the
  • Heat exchanger module are connected.
  • microchannel heat transfer elements may for example be designed as an extruded profile, which consists of a material with good
  • Thermal conductivity such as aluminum is made.
  • Microchannel heat transfer elements contain a variety of channels with a diameter of typically 1 mm for the
  • Diameters are possible, which may for example be in the range of 0.5 mm to 3 mm or 0.5 mm to 2 mm.
  • a laminated heat exchanger which is known for example from Hauhaltkühlern.
  • a laminated heat exchanger consists of a tube for the passage of a heat transfer medium and a plurality of fins, which are connected to the tube and are in operation in communication with a second medium.
  • This construction is particularly useful when the second medium is gaseous and, for example, consists of ambient air, since this is a comparatively low
  • the laminated heat exchanger per lamella can also contain a plurality of tubes, which can be connected to the respective application according to parallel and / or in series.
  • laminated heat exchanger designs which contain several tubes per slat for more than one heat transfer medium and / or for more than one heat cycle. Depending on the number of different heat circuits to which the heat exchanger is connected, this is also referred to as a two- or multi-circuit heat exchanger.
  • Laminated two- or multi-circuit heat exchangers are also used as safety heat exchangers, as the
  • Heat transfer media of the heat cycles are separated from each other and no possibility of direct leakage between the
  • Heat transfer media consists.
  • the object of the present invention is to provide a
  • Heat exchanger arrangement can be used, which can be used as a two- and multi-circuit heat exchanger, and which allows, given a material and / or processing effort against a laminated two- or multi-circuit heat exchanger between the
  • Another object is to provide uses for such
  • Heat exchanger arrangement to provide.
  • the inventive heat exchanger arrangement contains a plurality of microchannel heat transfer elements, which are connected to one another in a heat-conducting manner, wherein the microchannel heat transfer elements form at least two groups and in each case one or more microchannel heat transfer elements.
  • Heat transfer elements of a group are thermally conductively connected to one or more microchannel heat transfer elements of the other group.
  • each group includes its own inlet collection channel and its own outlet collection channel, which are fluidly connected to the microchannel heat transfer elements of the respective group.
  • one or more microchannel heat transfer elements of one group are arranged next to one or more microchannel heat transfer elements of the other group and in a further advantageous manner
  • microchannel heat transfer elements arranged next to one another are connected in a heat-conducting manner by means of solder joints.
  • the microchannel heat transfer elements can be used directly or via spacer elements
  • Heat exchange ribs connected thermally conductive.
  • Heat exchange ribs of conventional microchannel heat transfer elements a smaller height and a greater thickness, for example, a height of 2 mm to 6 mm and / or a thickness of 0.12 mm to 0.50 mm.
  • air passages are formed between the heat exchange fins.
  • Variants are the microchannel heat transfer elements in the areas in which they are thermally conductively connected, advantageously arranged substantially parallel and / or form, if appropriate, in the areas in which they are thermally conductively connected, in each case a planar arrangement.
  • the microchannel heat transfer elements form one group with the microchannel heat transfer elements of the other group
  • a safety heat exchanger for or with at least two separate heat circuits, in which the microchannel heat transfer elements of one group are connected in a heat-conducting manner via heat exchange ribs to the microchannel heat transfer elements of the other group.
  • microchannel heat transfer elements of one group with the microchannel heat transfer elements of the other group form a subcooler for or with at least two separate heat circuits.
  • the invention comprises the use of a
  • Safety heat exchanger for or with at least two separate circuits for heat transfer media and / or refrigerants
  • the invention also includes a method of operating a heat exchanger assembly according to one or more of the above
  • Also part of the invention is a system with at least two
  • Heat cycles and with at least one heat exchanger assembly according to one or more of the embodiments and variants described above.
  • Heat exchanger arrangements have the advantage that a higher heat transfer between the heat circuits can be achieved in comparison with two-circuit or multi-circuit heat exchangers from the prior art, and that the heat exchanger arrangement can be made more compact and lighter compared to laminated two-or multi-circuit heat exchangers.
  • FIG. 1 is a schematic representation of an embodiment of a system for a heat exchanger assembly according to the present invention
  • FIG. 2A shows a heat exchanger arrangement from the prior art
  • FIG. 2B shows an integrated heat exchanger arrangement from the prior art
  • Fig. 3 shows a detail of a laminated two-circuit heat exchanger from the prior art
  • Fig. 4 Course of the air and refrigerant temperatures in the
  • FIG. 5A, 5B an embodiment of a heat exchanger assembly according to the present invention, view in the direction of
  • FIG. 5C shows a variant of the embodiment according to FIG.
  • Heat exchanger arrangement according to the present invention with a fitted heat exchanger and subcooler, view in the direction of the air flow and transversely to the air flow,
  • FIG. 7A, 7B a third embodiment of a
  • Fig. 1 shows a schematic representation of an embodiment of a system 1 for a heat exchanger assembly according to the present invention.
  • the system 1 shown contains a first and second circuit 3.1, 3.2, each for a heat transfer medium.
  • the first circuit includes an evaporator 2.0, a compressor 10, a heat exchanger 2.1, which may be formed as a condenser and / or gas cooler, and an expansion device 1 1.
  • a refrigerant can be used.
  • Circulation is thermal with a heat exchanger 2.2 of the second
  • the heat exchanger of the second circuit may be formed as an evaporator of a heat pump cycle and / or as a heat exchanger of a heating circuit.
  • the coupling takes place in
  • Heat exchanger 2.2 of the second circuit is discharged again. From the second circuit 3.2, only the heat exchanger 2.2 is shown in Fig. 1.
  • FIG. 2A Such a conventional heat exchanger assembly is shown in FIG. 2A.
  • a heat exchanger 2.1 a first circuit and a
  • Heat exchangers 2.2 of a second circuit are arranged one behind the other in a housing or an air duct section 2 a, of a
  • Air flow 4 can be flowed through.
  • FIG. 2B Another heat exchanger arrangement is shown in FIG. 2B, in which a heat exchanger of a first circuit and a heat exchanger of a second circuit are integrated in a block 2.
  • the block 2 is typically arranged in an air duct section, which can be traversed by an air flow 4.
  • the heat exchangers integrated in block 2 can be designed, for example, as a laminated two-circuit heat exchanger.
  • Fig. 3 shows a section of a conventional laminated two-circuit heat exchanger.
  • the illustrated two-circuit heat exchanger 2 'includes a plurality of fins 5ai - 5a 3 of a thermally conductive material, one or more tubes 5.1' - 5.1 "'of a first circuit 3.1 and one or more tubes 5.2' - 5.2"'of a second circuit 3.2, wherein the tubes of the first and second circuits are thermally conductively connected to the lamellae.
  • the two circuits are thus coupled via the lamellae heat-conducting together.
  • Fig. 4 shows the course of the air and refrigerant temperatures T 3 , T in the conventional heat exchanger assemblies according to Fig. 2A, 2B and 3.
  • the air temperature increases in a first section 4.1 a, in which the
  • Heat transfer medium of the second circuit is heated and / or evaporated, to sink again.
  • the refrigerant temperature in the first cycle can have the course shown in section 3.1 a and initially fall until the temperature by the liquefaction of the
  • Heat exchanger arrangement down further.
  • the temperature of the heat transfer medium remains e.g. first, as shown in Section 4.2a, constant until the heat transfer medium has evaporated to then rise to the exit of the heat exchanger assembly.
  • Heat exchanger arrangement according to the present invention with a view (FIG. 5A) in the direction of the air flow and a view (FIG. 5B) transverse to the air flow.
  • FIG. 5A a view in the direction of the air flow
  • FIG. 5B a view transverse to the air flow.
  • Distance elements be thermally conductively connected.
  • microchannel heat transfer elements 6.1, 6.1 ', 6.1 ", 6.2", 6.2', 6.2 "arranged side by side are connected in a heat-conducting manner via heat exchange ribs 7.
  • the heat exchange ribs may for example have a height of 2 mm to 6 mm and / or a thickness of 0.12 mm to 0.50 mm. Most 7 air channels are formed between the heat exchange ribs.
  • the heat exchange fins are of a folded or bent
  • Heat transfer medium which is liquefied and / or cooled in the condenser
  • a second heat transfer medium which is vaporized and / or heated in the evaporator, wherein the evaporator can be used for example in a heat pump cycle or in a heating circuit. Thanks to the direct heat conducting connection between the
  • Microchannel heat transfer elements of a pair may be higher than the heat exchanger arrangement shown in FIG. 5A
  • FIGS. 6A and 6B show a second embodiment of a
  • the heat exchanger assembly 2 includes a plurality of microchannel heat transfer elements 6.1, 6.1 ', 6.1 ", 6.2, 6.2', 6.2", which are thermally conductively connected to each other, wherein the microchannel heat transfer elements form at least two groups and one or more microchannel heat transfer elements 6.1, 6.1 ', 6.1 "of a group are thermally conductively connected to one or more microchannel heat transfer elements 6.2, 6.2', 6.2" of the other group.
  • each group has its own
  • Heat exchanger assembly 2 thermally conductively connected to the microchannel heat transfer elements 6.2, 6.2 ', 6.2 "of the other group.
  • Microchannel heat transfer elements of a group no liquid-conducting connection to the microchannel heat transfer elements of the other group.
  • one or more microchannel heat transfer elements of one group are arranged next to one or more microchannel heat transfer elements of the other group and in a further advantageous manner
  • juxtaposed microchannel heat transfer elements 6.1, 6.1 ', 6.1 ", 6.2, 6.2', 6.2" are thermally conductively connected by means of solder joints.
  • Distance elements be thermally conductively connected.
  • microchannel heat transfer elements 6.1, 6.1 ', 6.1 “, 6.2", 6.2', 6.2 "arranged side by side are connected in a heat-conducting manner via heat exchange ribs 7.
  • Heat exchange ribs may for example have a height of 2 mm to 6 mm and / or a thickness of 0.12 mm to 0.50 mm. Most 7 air channels are formed between the heat exchange ribs. Typically, the heat exchange fins are of a folded or bent
  • Produced sheet metal strip for example, have a zig-zag pattern or may be bent several times U-shaped. Regardless of the above-mentioned embodiments and
  • Embodiments are the microchannel heat transfer elements 6.1, 6.1 ', 6.1 ", 6.2, 6.2', 6.2" in the areas where they are thermally conductively connected, advantageously arranged substantially parallel and / or form, if appropriate, in the areas in to them
  • Heat cycles 3.1, 3.2 for example, a refrigerant circuit comprising the microchannel heat transfer elements 6.1, 6.1 ', 6.1 "of a group, and a subcoolant circuit comprising the microchannel heat transfer elements 6.2, 6.2', 6.2" of the other group.
  • the heat exchanger assembly 2 includes a plurality of microchannel heat transfer elements 6.1, 6.1 ', 6.1 ", 6.2, 6.2', which are thermally conductively connected to each other, the microchannel heat transfer elements form at least two groups and one or more microchannel heat transfer elements 6.1, 6.1 ', 6.1 "of a group are thermally conductively connected to one or more microchannel heat transfer elements 6.2, 6.2' of the other group.
  • each group comprises its own inlet duct 8.1, 8.1 '8.2 and its own outlet collection channel 9.1, 9.1', 9.2, which are fluidly connected to the microchannel heat transfer elements of the respective group.
  • Microchannel heat transfer elements of a group no liquid-conducting connection to the microchannel heat transfer elements of the other group.
  • the heat exchanger assembly shown in Figures 7A and 7B is a multi-pass heat exchanger.
  • one or more microchannel heat transfer elements of one group are arranged next to one or more microchannel heat transfer elements of the other group and in a further advantageous manner
  • microchannel heat transfer elements 6.1, 6.1 ', 6.1 ", 6.2, 6.2' arranged side by side are connected in a heat-conducting manner by means of solder joints, whereby the microchannel heat transfer elements can be used directly or via spacer elements
  • the invention comprises the use of a
  • Evaporator A / er deviserkombination Also part of the invention is a system with at least two
  • the heat exchanger arrangements described above have the advantage that, thanks to the use of microchannel heat transfer elements with comparable material and labor costs compared to conventional laminated two- or multi-circuit heat exchangers, a higher COP value can be achieved, or that the heat exchanger arrangements at a given heat and / or or cooling capacity can be made lighter and more compact.

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Abstract

Eine Wärmeaustauscheranordnung (2) enthält mehrere Microchannel-Wärmeübertragungselemente (6.1, 6.1', 6.1", 6.2, 6.2', 6.2"), die miteinander wärmeleitend verbunden sind, wobei die Microchannel-Wärmeübertragungselemente zwei Gruppen bilden und jeweils ein oder mehrere Microchannel-Wärmeübertragungselemente (6.1, 6.1', 6.1 ") der einen Gruppe wärmeleitend mit einem oder mehreren Microchannel-Wärmeübertragungselementen (6.2, 6.2', 6.2") der anderen Gruppe verbunden sind. Zusätzlich umfasst jede Gruppe einen eigenen Einlasssammelkanal (8.1, 8.2) und einen eigenen Auslasssammelkanal (9.1, 9.2), die mit den Microchannel-Wärmeübertragungselementen der jeweiligen Gruppe flüssigkeitsleitend verbunden sind.

Description

A-HEAT Allied Heat Exchange Technology AG, A-1 120 Wien (Österreich)
Warmeaustauscheranordnung
Die Erfindung betrifft eine Wärmeaustauscheranordnung gemäss Oberbegriff von Anspruch 1 und die Verwendung einer derartigen
Wärmeaustauscheranordnung gemäss einem der Ansprüche 12 bis 14. Wärmeaustauscher finden sich in einer Vielzahl von technischen
Anwendungen, beispielsweise in Kühlanlagen und -Vorrichtungen für
Kühlräume oder Haushaltkühlschränke, in Heizungen und Klimaanlagen für Gebäude oder Verkehrsmittel wie zum Beispiel Autos, Busse, Schiffe und Flugzeuge, oder als Kühler in Kraftwerken, Verbrennungsmotoren,
Computern, oder andern Wärme erzeugenden Einrichtungen. Im praktischen Einsatz sind die Wärmeaustauscher in der Regel mit einem Kreislauf verbunden, der ein Wärmeübertragungsmedium wie beispielsweise ein Kältemittel enthält, wobei der Wärmeaustauscher Wärme direkt, d.h. ohne Phasenumwandlung aus dem flüssigen oder gasförmigen
Wärmeübertragungsmedium aufnehmen oder an dasselbe abgeben kann, oder auch als Kondensator oder Verdampfer für das
Wärmeübertragungsmedium wirksam sein kann.
Eine Ausführung eines aktuellen Wärmeaustauschers ist in Dokument EP 1 557 622 A2 beschrieben. Der ebenda beschriebene Wärmeaustauscher wird in einer Kondensationsanlage eines Kühlsystems eingesetzt, um ein zu Kühlzwecken verdampftes Kältemittel zu kondensieren. Die
Kondensationsanlage enthält mehrere Kühlschlangen, die jeweils als Wärmeaustauscher, im Folgenden auch als Wärmeaustauschermodule bezeichnet, ausgeführt sind, und einen oder mehrere Lüfter zur Erzeugung eines Luftstroms durch die Wärmeaustauschermodule. Jedes
Wärmeaustauschermodul umfasst mehrere sogenannte Microchannel- Wärmeübertragungselemente, die als flache Rohre ausgeführt sind, und die parallel und beabstandet voneinander angeordnet sind, sowie Kühlrippen, die zwischen den flachen Rohren angeordnet und mit denselben verbunden sind. Die Kühlrippen bilden jeweils ein Zick-Zack-Muster zwischen zwei
benachbarten Rohren. Weiter umfassen die Wärmeaustauschermodule jeweils einen Einlass- und einen Auslasssammelkanal, die mit den
Microchannel-Wärmeübertragungselementen des jeweiligen
Wärmeaustauschermoduls verbunden sind.
Die Microchannel-Wärmeübertragungselemente können beispielsweise als Strangpressprofil ausgeführt sein, das aus einem Material mit guter
Wärmeleitfähigkeit wie zum Beispiel Aluminium hergestellt ist. Die
Microchannel-Wärmeübertragungselemente enthalten eine Vielzahl von Kanälen mit einem Durchmesser von typisch 1 mm für das
Wärmeübertragungsmedium. Selbstverständlich sind auch andere
Durchmesser möglich, die zum Beispiel im Bereich von 0.5 mm bis 3 mm oder 0.5 mm bis 2 mm liegen können.
Eine zusätzliche, weit verbreitete Ausführung ist der lamellierte
Wärmeaustauscher, der beispielsweise aus Hauhaltkühlschränken bekannt ist. Im einfachsten Fall besteht ein lamellierter Wärmeaustauscher aus einem Rohr zur Durchleitung eines Wärmeübertragungsmediums und aus einer Vielzahl von Lamellen, die mit dem Rohr verbunden sind und im Betrieb mit einem zweiten Medium in Verbindung stehen. Diese Bauweise ist besonders zweckmässig, wenn das zweite Medium gasförmig ist und beispielsweise aus Umgebungsluft besteht, da diese einen vergleichsweise niedrigen
Wärmeübertragungskoeffizienten hat, der durch eine entsprechend grosse Oberfläche der Lamellen ausgeglichen werden kann. Selbstverständlich kann der lamellierte Wärmeaustauscher pro Lamelle auch mehrere Rohre enthalten, die der jeweiligen Anwendung entsprechend parallel und/oder in Serie miteinander verbunden sein können. Beim lamellierten Wärmeaustauscher sind Bauformen bekannt, die pro Lamelle mehrere Rohre für mehr als ein Wärmeübertragungsmedium und/oder für mehr als einen Wärmekreislauf enthalten. Abhängig von der Anzahl unterschiedlicher Wärmekreisläufe, an die der Wärmeaustauscher angeschlossen ist, spricht man auch von einem Zwei- oder Mehrkreis- Wärmeaustauscher. Lamellierte Zwei- oder Mehrkreis-Wärmeaustauscher werden auch als Sicherheitswärmeaustauscher eingesetzt, da die
Wärmeübertragungsmedien der Wärmekreisläufe voneinander getrennt sind und keine Möglichkeit der direkten Leckage zwischen den
Wärmeübertragungsmedien besteht.
Bei einem lamellierten Zwei- oder Mehrkreis-Wärmeaustauscher ist die Wärmeübertragung umso effektiver, je grösser die Leitfähigkeit und die Dicke der Lamellen ist, und je kleiner der gegenseitige Abstand der Rohre ist.
Bezüglich Wirkungsgrad ist es somit vorteilhaft, wenn viele Rohre verwendet werden. Viele Rohre bedeuten jedoch auch höhere Material- und
Verarbeitungskosten, so dass ein höherer Wirkungsgrad mit höheren Kosten verbunden ist.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine
Wärmeaustauscheranordnung zur Verfügung zu stellen, die als Zwei- und Mehrkreis-Wärmeaustauscher verwendet werden kann, und die es erlaubt, bei gegebenem Material- und/oder Verarbeitungsaufwand gegenüber einem lamellierten Zwei- oder Mehrkreis-Wärmeaustauscher zwischen den
Kreisläufen eine höhere Wärmeübertragung zu erreichen. Eine weitere Aufgabe besteht darin, Verwendungen für eine derartige
Wärmeaustauscheranordnung zur Verfügung zu stellen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die in Anspruch 1 definierte Wärmeaustauscheranordnung und durch die in den Ansprüchen 12 bis 14 definierten Verwendungen gelöst.
Die erfindungsgemässe Wärmeaustauscheranordnung enthält mehrere Microchannel-Wärmeübertragungselemente, die miteinander wärmeleitend verbunden sind, wobei die Microchannel-Wärmeübertragungselemente wenigstens zwei Gruppen bilden und jeweils ein oder mehrere MicroChannel- Wärmeübertragungselemente der einen Gruppe wärmeleitend mit einem oder mehreren Microchannel-Wärmeübertragungselementen der anderen Gruppe verbunden sind. Zusätzlich umfasst jede Gruppe jeweils einen eigenen Einlasssammelkanal und einen eigenen Auslasssammelkanal, die mit den Microchannel-Wärmeübertragungselementen der jeweiligen Gruppe flüssigkeitsleitend verbunden sind. In einer vorteilhaften Ausführungsvariante besteht zwischen den Microchannel-Wärmeübertragungselementen der einen Gruppe keine flüssigkeitsleitende Verbindung zu den Microchannel- Wärmeübertragungselementen der anderen Gruppe. In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante sind jeweils ein oder mehrere Microchannel-Wärmeübertragungselemente der einen Gruppe neben einem oder mehreren Microchannel-Wärmeübertragungselementen der anderen Gruppe angeordnet und in einer weiteren vorteilhaften
Ausführungsvariante sind abwechselnd ein oder mehrere Microchannel- Wärmeübertragungselemente der einen Gruppe neben einem oder mehreren Microchannel-Wärmeübertragungselementen der anderen Gruppe
angeordnet sind.
In einer vorteilhaften Ausführungsform sind nebeneinander angeordneten Microchannel-Wärmeübertragungselemente mittels Lötverbindungen wärmeleitend verbunden. Dabei können die Microchannel- Wärmeübertragungselemente direkt oder über Abstandselemente
wärmeleitend verbunden sein.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind nebeneinander angeordnete Microchannel-Wärmeübertragungselemente über
Wärmeaustauschrippen wärmeleitend verbunden. Die
Wärmeaustauschrippen haben mit Vorteil im Vergleich zu
Wärmeaustauschrippen üblicher Microchannel-Wärmeübertragungselemente eine kleinere Höhe und eine grössere Dicke, beispielsweise eine Höhe von 2 mm bis 6 mm und/oder eine Dicke von 0.12 mm bis 0.50 mm. Typisch sind zwischen den Wärmeaustauschrippen Luftkanäle ausgebildet.
Unabhängig von den oben erwähnten Ausführungsformen und
Ausführungsvarianten sind die Microchannel-Wärmeübertragungselemente in den Bereichen, in denen sie wärmeleitend verbunden sind, vorteilhafterweise im Wesentlichen parallel angeordnet und/oder bilden, falls zweckmässig, in den Bereichen, in denen sie wärmeleitend verbunden sind, jeweils eine ebene Anordnung. In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform bilden die Microchannel- Wärmeübertragungselemente der einen Gruppe mit den Microchannel- Wärmeübertragungselementen der anderen Gruppe einen
Sicherheitswärmeaustauscher für oder mit wenigstens zwei getrennten Wärmekreisläufen, in welchem die Microchannel- Wärmeübertragungselemente der einen Gruppe über Wärmeaustauschrippen wärmeleitend mit den Microchannel-Wärmeübertragungselementen der anderen Gruppe verbunden sind.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform bilden die Microchannel- Wärmeübertragungselemente der einen Gruppe mit den Microchannel- Wärmeübertragungselementen der anderen Gruppe einen Unterkühler für oder mit wenigstens zwei getrennten Wärmekreisläufen.
Weiter umfasst die Erfindung die Verwendung einer
Wärmeaustauscheranordnung nach einer oder mehreren der oben
beschriebenen Ausführungsformen und -Varianten als
Sicherheitswärmeaustauscher für oder mit wenigstens zwei getrennten Kreisläufen für Wärmeübertragungsmedien und/oder Kältemittel, die
Verwendung einer Wärmeaustauscheranordnung nach einer oder mehreren der oben beschriebenen Ausführungsformen und -Varianten als Unterkühler für oder mit wenigstens einem Kältemittelkreislauf und wenigstens einem Unterkühlmittelkreislauf und die Verwendung einer
Wärmeaustauscheranordnung nach einer oder mehreren der oben
beschriebenen Ausführungsformen und -Varianten als Verdampfer- A/erflüssigerkombination für oder mit einem ersten
Wärmeübertragungsmedium, das im Verflüssiger verflüssigt und/oder gekühlt wird, und einem zweiten Wärmeübertragungsmedium, das im Verdampfer verdampft und/oder erwärmt wird. Zusätzlich umfasst die Erfindung jeweils auch ein Verfahren zum Betrieb einer Wärmeaustauscheranordnung nach einer oder mehreren der oben
beschriebenen Ausführungsformen und -Varianten als
Sicherheitswärmeaustauscher und/oder als Unterkühler und/oder als
Verdampfer-A/erflüssigerkombination.
Ebenfalls zur Erfindung gehört eine Anlage mit mindestens zwei
Wärmekreisläufen und mit mindestens einer Wärmeaustauscheranordnung nach einer oder mehreren der oben beschriebenen Ausführungsformen und -Varianten.
Die erfindungsgemässe Wärmeaustauscheranordnung und die oben beschriebenen Verwendungen der erfindungsgemässe
Wärmeaustauscheranordnung haben den Vorteil, dass gegenüber Zwei- oder Mehrkreis-Wärmeaustauschern aus dem Stand der Technik eine höhere Wärmeübertragung zwischen den Wärmekreisläufen erzielt werden kann, und dass die Wärmeaustauscheranordnung im Vergleich zu lamellierten Zweioder Mehrkreis-Wärmeaustauschern kompakter und leichter aufgebaut werden kann.
Die obige Beschreibung von Ausführungsformen und -Varianten dient lediglich als Beispiel. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen gehen aus den abhängigen Ansprüchen und der Zeichnung hervor. Darüber hinaus können im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch einzelne Merkmale aus den beschriebenen oder gezeigten Ausführungsformen und -Varianten
miteinander kombiniert werden, um neue Ausführungsformen zu bilden.
Im Folgenden wird die Erfindung an Hand der Ausführungsbeispiele und an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels zu einer Anlage für eine Wärmeaustauscheranordnung gemäss vorliegender Erfindung,
Fig. 2A eine Wärmeaustauscheranordnung aus dem Stand der Technik, Fig. 2B eine integrierte Wärmeaustauscheranordnung aus dem Stand der Technik,
Fig. 3 einen Ausschnitt aus einem lamellierten Zweikreis- Wärmeaustauscher aus dem Stand der Technik, Fig. 4 Verlauf der Luft- und Kältemitteltemperaturen in den
Wärmeaustauscheranordnungen gemäss Fig. 2A, 2B und 3,
Fig. 5A, 5B ein Ausführungsbeispiel einer Wärmeaustauscheranordnung gemäss vorliegender Erfindung, Ansicht in Richtung der
Luftströmung und quer zur Luftströmung, Fig. 5C eine Ausführungsvariante zum Ausführungsbeispiel gemäss Fig.
5A und 5B,
Fig. 6A, 6B ein zweites Ausführungsbeispiel einer
Wärmeaustauscheranordnung gemäss vorliegender Erfindung mit Einpass-Wärmeaustauscher und Unterkühler, Ansicht in Richtung der Luftströmung und quer zur Luftströmung,
Fig. 7A, 7B ein drittes Ausführungsbeispiel einer
Wärmeaustauscheranordnung gemäss vorliegender Erfindung mit Mehrpass-Wärmeaustauscher und Unterkühler, Ansicht in Richtung der Luftströmung und quer zur Luftströmung, und Fig. 7C einen Ausschnitt aus einer Ausführungsvariante eines
Unterkühlers aus dem Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 7A und 7B.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels zu einer Anlage 1 für eine Wärmeaustauscheranordnung gemäss vorliegender Erfindung. Die gezeigte Anlage 1 enthält einen ersten und zweiten Kreislauf 3.1 , 3.2 für jeweils ein Wärmeübertragungsmedium. Der erste Kreislauf enthält einen Verdampfer 2.0, einen Verdichter 10, einen Wärmeaustauscher 2.1 , der als Verflüssiger und/oder Gaskühler ausgebildet sein kann, und ein Expansionsgerät 1 1 . Als Wärmeübertragungsmediunn kann beispielsweise ein Kältemittel eingesetzt werden. Der Wärmeaustauscher 2.1 des ersten
Kreislaufs ist thermisch mit einem Wärmeaustauscher 2.2 des zweiten
Kreislaufs gekoppelt, wobei der Wärmeaustauscher des zweiten Kreislaufs als Verdampfer eines Wärmepumpenkreislaufs und/oder als Wärmeaustauscher eines Heizkreises ausgebildet sein kann. Die Kopplung erfolgt in
herkömmlichen Wärmeaustauscheranordnungen beispielsweise dadurch, dass ein Luftstrom 4 im Wärmeaustauscher 2.1 des ersten Kreislaufs erwärmt und wenigstens ein Teil der mitgeführten Wärme anschliessend im
Wärmeaustauscher 2.2 des zweiten Kreislaufs wieder abgegeben wird. Vom zweiten Kreislauf 3.2 ist in Fig. 1 lediglich der Wärmeaustauscher 2.2 gezeigt.
Eine derartige herkömmliche Wärmeaustauscheranordnung ist in Fig. 2A gezeigt. Ein Wärmeaustauscher 2.1 eines ersten Kreislaufs und ein
Wärmeaustauscher 2.2 eines zweiten Kreislaufs sind hintereinander in einem Gehäuse oder einem Luftkanalabschnitt 2a angeordnet, die von einem
Luftstrom 4 durchströmt werden können. Eine weitere Wärmeaustauscheranordnung ist in Fig. 2B gezeigt, in welcher ein Wärmeaustauscher eines ersten Kreislaufs und ein Wärmeaustauscher eines zweiten Kreislaufs in einem Block 2 integriert sind. Der Block 2 ist typisch in einem Luftkanalabschnitt angeordnet, der von einem Luftstrom 4 durchströmt werden kann.
Die im Block 2 integrierten Wärmeaustauscher können beispielsweise als lamellierter Zweikreis-Wärmeaustauscher ausgebildet sein. Fig. 3 zeigt einen Ausschnitt aus einem herkömmlichen lamellierten Zweikreis- Wärmeaustauscher. Der gezeigte Zweikreis-Wärmeaustauscher 2' enthält mehrere Lamellen 5ai - 5a3 aus einem wärmeleitenden Material, ein oder mehrere Rohre 5.1 ' - 5.1 "' eines ersten Kreislaufs 3.1 und ein oder mehrere Rohre 5.2' - 5.2"' eines zweiten Kreislaufs 3.2, wobei die Rohre des ersten und zweiten Kreislaufs wärmeleitend mit den Lamellen verbunden sind. Die beiden Kreisläufe sind somit über die Lamellen wärmeleitend miteinander gekoppelt. Eine zusätzliche thermische Kopplung kann durch einen Luftstrom 4 erreicht werden, der zwischen den Lamellen 5ai - 5a3 durchströmt und im Bereich der Rohre 5.1 ' - 5.1 "' des ersten Kreislaufs ein darin fliessendes Kältemittel kühlt und/oder verflüssigt, wobei der Luftstrom erwärmt und wenigstens ein Teil der mitgeführten Wärme anschliessend im Bereich der Rohre 5.2' - 5.2"' des zweiten Kreislaufs wieder abgegeben wird.
Fig. 4 zeigt den Verlauf der Luft- und Kältemitteltemperaturen T3, T in den herkömmlichen Wärmeaustauscheranordnungen gemäss Fig. 2A, 2B und 3. Die Lufttemperatur nimmt in einem ersten Abschnitt 4.1 a, in dem das
Kältemittel des ersten Kreislaufs gekühlt und/oder verflüssigt wird zu, um dann in einem zweiten Abschnitt 4.2a, in dem das
Wärmeübertragungsmedium des zweiten Kreislaufs erwärmt und/oder verdampft wird, wieder abzusinken. Die Kältemitteltemperatur im ersten Kreislauf kann dabei den in Abschnitt 3.1 a gezeigten Verlauf aufweisen und zunächst abfallen, bis die Temperatur durch die Verflüssigung des
Kältemittels konstant gehalten wird. Falls genügend gekühlt wird, kann die Temperatur des verflüssigten Kältemittels zum Ausgang der
Wärmeaustauscheranordnung hin weiter absinken. Im zweiten Kreislauf bleibt die Temperatur des Wärmeübertragungsmediums z.B. zunächst, wie in Abschnitt 4.2a gezeigt, konstant bis das Wärmeübertragungsmedium verdampft ist, um dann zum Ausgang der Wärmeaustauscheranordnung hin anzusteigen.
Die Figuren 5A und 5B zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel einer
Wärmeaustauscheranordnung gemäss vorliegender Erfindung mit einer Ansicht (Fig. 5A) in Richtung der Luftströmung und einer Ansicht (Fig. 5B) quer zur Luftströmung. Im gezeigten Ausführungsbeispiel enthält die
Wärmeaustauscheranordnung 2 mehrere Microchannel- Wärmeübertragungselemente 6.1 , 6.1 ', 6.1 ", 6.2, 6.2', 6.2", die miteinander wärmeleitend verbunden sind, wobei die Microchannel- Wärmeübertragungselemente wenigstens zwei Gruppen bilden und jeweils ein oder mehrere Microchannel-Wärmeübertragungselemente 6.1 , 6.1 ', 6.1 " der einen Gruppe wärmeleitend mit einem oder mehreren Microchannel- Wärmeübertragungselementen 6.2, 6.2', 6.2" der anderen Gruppe verbunden sind. Zusätzlich umfasst jede Gruppe jeweils einen eigenen
Einlasssammelkanal 8.1 , 8.2 und einen eigenen Auslasssammelkanal 9.1 , 9.2, die mit den Microchannel-Wärmeübertragungselementen der jeweiligen Gruppe flüssigkeitsleitend verbunden sind. In einer vorteilhaften Ausführungsvariante besteht zwischen den
Microchannel-Wärmeübertragungselementen der einen Gruppe keine flüssigkeitsleitende Verbindung zu den Microchannel- Wärmeübertragungselennenten der anderen Gruppe. In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante sind jeweils ein oder mehrere Microchannel-Wärmeübertragungselemente der einen Gruppe neben einem oder mehreren Microchannel-Wärmeübertragungselementen der anderen Gruppe angeordnet und in einer weiteren vorteilhaften
Ausführungsvariante sind abwechselnd ein oder mehrere Microchannel- Wärmeübertragungselemente der einen Gruppe neben einem oder mehreren Microchannel-Wärmeübertragungselementen der anderen Gruppe
angeordnet sind.
In einer vorteilhaften Ausführungsform sind nebeneinander angeordneten Microchannel-Wärmeübertragungselemente 6.1 , 6.1 ', 6.1 ", 6.2, 6.2', 6.2" mittels Lötverbindungen wärmeleitend verbunden. Dabei können die
Microchannel-Wärmeübertragungselemente direkt oder über
Abstandselemente wärmeleitend verbunden sein.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind nebeneinander angeordnete Microchannel-Wärmeübertragungselemente 6.1 , 6.1 ', 6.1 ", 6.2, 6.2', 6.2" über Wärmeaustauschrippen 7 wärmeleitend verbunden. Die Wärmeaustauschrippen können beispielsweise eine Höhe von 2 mm bis 6 mm und/oder eine Dicke von 0.12 mm bis 0.50 mm aufweisen. Meist sind zwischen den Wärmeaustauschrippen 7 Luftkanäle ausgebildet. Typisch sind die Wärmeaustauschrippen aus einem gefalteten oder gebogenen
Blechstreifen hergestellt, der beispielsweise ein Zick-Zack-Muster aufweisen oder mehrmals U-förmig abgebogen sein kann.
Unabhängig von den oben erwähnten Ausführungsformen und
Ausführungsvarianten sind die Microchannel-Wärmeübertragungselemente 6.1 , 6.1 ', 6.1 ", 6.2, 6.2', 6.2" in den Bereichen, in denen sie wärmeleitend verbunden sind, vorteilhafterweise im Wesentlichen parallel angeordnet und/oder bilden, falls zweckmässig, in den Bereichen, in denen sie wärmeleitend verbunden sind, jeweils eine ebene Anordnung. In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform bilden die Microchannel- Wärmeübertragungselemente 6.1 , 6.1 ', 6.1 " der einen Gruppe mit den
Microchannel-Wärmeübertragungselementen 6.2, 6.2', 6.2" der anderen Gruppe einen Sicherheitswärmeaustauscher für wenigstens zwei getrennte Wärmekreisläufe 3.1 , 3.2, in welchem die Microchannel- Wärmeübertragungselemente der einen Gruppe über Wärmeaustauschrippen 7 wärmeleitend mit den Microchannel-Wärmeübertragungselementen der anderen Gruppe verbunden sind.
Fig. 5C zeigt eine Ausführungsvariante einer Wärmeaustauscheranordnung zum oben beschriebenen Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 5A und 5B. In der gezeigten Ausführungsvariante sind jeweils paarweise ein Microchannel- Wärmeübertragungselement 6.1 , 6.1 ' der einen Gruppe mit einem
Microchannel-Wärmeübertragungselement 6.2, 6.2' der anderen Gruppe direkt wärmeleitend verbunden, beispielsweise mittels einer Lötverbindung zwischen den Microchannel-Wärmeübertragungselementen eines Paares. Zudem sind in der in Fig. 5C gezeigten Ausführungsvariante jeweils zwei paarweise verbundenen Microchannel-Wärmeübertragungselemente 6.1 , 6.2 über Wärmeaustauschrippen 7 wärmeleitend mit mindestens zwei weiteren paarweise verbundenen Microchannel-Wärmeübertragungselemente 6.1 ', 6.2' verbunden.
Vorteilhafterweise bilden die in Fig. 5C gezeigten Microchannel- Wärmeübertragungselemente 6.1 , 6.1 ' der einen Gruppe mit den
Microchannel-Wärmeübertragungselementen 6.2, 6.2' der anderen Gruppe eine Verdampfer-A/erflüssigerkombination für oder mit einem ersten
Wärmeübertragungsmedium, das im Verflüssiger verflüssigt und/oder gekühlt wird, und einem zweiten Wärmeübertragungsmedium, das im Verdampfer verdampft und/oder erwärmt wird, wobei der Verdampfer beispielsweise in einem Wärmepumpenkreislauf oder in einem Heizkreis eingesetzt werden kann. Dank der direkten wärmeleitenden Verbindung zwischen den
Microchannel-Wärmeübertragungselementen eines Paares kann gegenüber der in Fig. 5A gezeigten Wärmeaustauscheranordnung eine höhere
Wärmeübertragung erzielt werden. Die Figuren 6A und 6B zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel einer
Wärmeaustauscheranordnung gemäss vorliegender Erfindung mit Einpass- Wärmeaustauscher und Unterkühler, mit einer Ansicht (Fig. 6A) in Richtung der Luftströmung und einer Ansicht (Fig. 6B) quer zur Luftströmung. Im gezeigten Ausführungsbeispiel enthält die Wärmeaustauscheranordnung 2 mehrere Microchannel-Wärmeübertragungselemente 6.1 , 6.1 ', 6.1 ", 6.2, 6.2', 6.2", die miteinander wärmeleitend verbunden sind, wobei die Microchannel- Wärmeübertragungselemente wenigstens zwei Gruppen bilden und jeweils ein oder mehrere Microchannel-Wärmeübertragungselemente 6.1 , 6.1 ', 6.1 " der einen Gruppe wärmeleitend mit einem oder mehreren Microchannel- Wärmeübertragungselementen 6.2, 6.2', 6.2" der anderen Gruppe verbunden sind. Zusätzlich umfasst jede Gruppe jeweils einen eigenen
Einlasssammelkanal 8.1 , 8.2 und einen eigenen Auslasssammelkanal 9.1 , 9.2, die mit den Microchannel-Wärmeübertragungselementen der jeweiligen Gruppe flüssigkeitsleitend verbunden sind. Dabei können, wie in den Figuren 6A und 6B gezeigt, die Microchannel-Wärmeübertragungselemente 6.1 , 6.1 ', 6.1 " der einen Gruppe auch nur in einem Teil der
Wärmeaustauscheranordnung 2 wärmeleitend mit den Microchannel- Wärmeübertragungselementen 6.2, 6.2', 6.2" der anderen Gruppe verbunden sein.
In einer vorteilhaften Ausführungsvariante besteht zwischen den
Microchannel-Wärmeübertragungselementen der einen Gruppe keine flüssigkeitsleitende Verbindung zu den Microchannel- Wärmeübertragungselementen der anderen Gruppe. In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante sind jeweils ein oder mehrere Microchannel-Wärmeübertragungselemente der einen Gruppe neben einem oder mehreren Microchannel-Wärmeübertragungselementen der anderen Gruppe angeordnet und in einer weiteren vorteilhaften
Ausführungsvariante sind abwechselnd ein oder mehrere Microchannel- Wärmeübertragungselemente der einen Gruppe neben einem oder mehreren Microchannel-Wärmeübertragungselementen der anderen Gruppe
angeordnet sind. In einer vorteilhaften Ausführungsform sind nebeneinander angeordneten Microchannel-Wärmeübertragungselemente 6.1 , 6.1 ', 6.1 ", 6.2, 6.2', 6.2" mittels Lötverbindungen wärmeleitend verbunden. Dabei können die
Microchannel-Wärmeübertragungselemente direkt oder über
Abstandselemente wärmeleitend verbunden sein.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind nebeneinander angeordnete Microchannel-Wärmeübertragungselemente 6.1 , 6.1 ', 6.1 ", 6.2, 6.2', 6.2" über Wärmeaustauschrippen 7 wärmeleitend verbunden. Die
Wärmeaustauschrippen können beispielsweise eine Höhe von 2 mm bis 6 mm und/oder eine Dicke von 0.12 mm bis 0.50 mm aufweisen. Meist sind zwischen den Wärmeaustauschrippen 7 Luftkanäle ausgebildet. Typisch sind die Wärmeaustauschrippen aus einem gefalteten oder gebogenen
Blechstreifen hergestellt, der beispielsweise ein Zick-Zack-Muster aufweisen oder mehrmals U-förmig abgebogen sein kann. Unabhängig von den oben erwähnten Ausführungsformen und
Ausführungsvarianten sind die Microchannel-Wärmeübertragungselemente 6.1 , 6.1 ', 6.1 ", 6.2, 6.2', 6.2" in den Bereichen, in denen sie wärmeleitend verbunden sind, vorteilhafterweise im Wesentlichen parallel angeordnet und/oder bilden, falls zweckmässig, in den Bereichen, in denen sie
wärmeleitend verbunden sind, jeweils eine ebene Anordnung.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform bilden die Microchannel- Wärmeübertragungselemente 6.1 , 6.1 ', 6.1 " der einen Gruppe mit den
Microchannel-Wärmeübertragungselementen 6.2, 6.2', 6.2" der anderen Gruppe einen Unterkühler 12 für oder mit wenigstens zwei getrennten
Wärmekreisläufen 3.1 , 3.2, beispielsweise einen Kältemittelkreislauf, der die Microchannel-Wärmeübertragungselemente 6.1 , 6.1 ', 6.1 " der einen Gruppe umfasst, und einen Unterkühlmittelkreislauf, der die Microchannel- Wärmeübertragungselemente 6.2, 6.2', 6.2" der anderen Gruppe umfasst.
Die Wärmeübertragungsanordnung 2 kann dabei, wie in den Figuren 6A und 6B gezeigt, zwei Teile umfassen, einen ersten Teil, welcher nur Microchannel- Wärmeübertragungselemente 6.1 , 6.1 ', 6.1 " der einen Gruppe enthält, die über Wärmeaustauschrippen 7' miteinander verbunden sind und einen Einpass-Wärmeaustauscher 2.1 bilden, und einen zweiten Teil, in welchem ein oder mehrere Microchannel-Wärmeübertragungselemente 6.1 , 6.1 ', 6.1 " der einen Gruppe jeweils über Wärmeaustauschrippen 7 wärmeleitend mit einem oder mehreren Wärmeübertragungselementen 6.2, 6.2', 6.2" der anderen Gruppe verbunden sind und einen Unterkühler 12 bilden.
Die Figuren 7A und 7B zeigen ein drittes Ausführungsbeispiel einer
Wärmeaustauscheranordnung gemäss vorliegender Erfindung mit Mehrpass- Wärmeaustauscher und Unterkühler, mit einer Ansicht (Fig. 7A) in Richtung der Luftströmung und einer Ansicht (Fig. 7B) quer zur Luftströmung. Im gezeigten Ausführungsbeispiel enthält die Wärmeaustauscheranordnung 2 mehrere Microchannel-Wärmeübertragungselemente 6.1 , 6.1 ', 6.1 ", 6.2, 6.2', die miteinander wärmeleitend verbunden sind, wobei die Microchannel- Wärmeübertragungselemente wenigstens zwei Gruppen bilden und jeweils ein oder mehrere Microchannel-Wärmeübertragungselemente 6.1 , 6.1 ', 6.1 " der einen Gruppe wärmeleitend mit einem oder mehreren Microchannel- Wärmeübertragungselementen 6.2, 6.2' der anderen Gruppe verbunden sind. Zusätzlich umfasst jede Gruppe jeweils einen eigenen Einlasssannnnelkanal 8.1 , 8.1 ' 8.2 und einen eigenen Auslasssammelkanal 9.1 , 9.1 ', 9.2, die mit den Microchannel-Wärmeübertragungselementen der jeweiligen Gruppe flüssigkeitsleitend verbunden sind.
In einer vorteilhaften Ausführungsvariante besteht zwischen den
Microchannel-Wärmeübertragungselementen der einen Gruppe keine flüssigkeitsleitende Verbindung zu den Microchannel- Wärmeübertragungselementen der anderen Gruppe. Bei der in den Figuren 7A und 7B gezeigten Wärmeaustauscheranordnung handelt es sich um einen Mehrpass-Wärmeaustauscher. Der
Einlasssannnnelkanal der einen Gruppe ist deshalb in einen Anfangsabschnitt 8.1 und einen Zwischenabschnitt 8.1 ' unterteilt und der Auslasssammelkanal in einen Zwischenabschnitt 9.1 ' und einen Endabschnitt 9.1 . Die
Microchannel-Wärmeübertragungselemente 6.1 , 6.1 ', 6.1 " dieser Gruppe sind derart mit den Abschnitten 8.1 , 8.1 ', 9.1 , 9.1 ' verbunden, dass das Kältemittel vom Anfangsabschnitt 8.1 durch Microchannel-Wärmeübertragungselemente 6.1 , 6.1 ' in einer ersten Fliessrichtung zum Zwischenabschnitt 9.1 ' des Auslasssammelkanals fliessen kann, von dort durch weitere Microchannel- Wärmeübertragungselemente in einer zweiten, normalerweise
entgegengesetzten Fliessrichtung in den Zwischenabschnitt 8.1 ' des
Einlasssammelkanals und von dort durch weitere Microchannel- Wärmeübertragungselemente 6.1 " in einer dritten Fliessrichtung, die normalerweise der ersten entspricht, in den Endabschnitt 9.1 .
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante sind jeweils ein oder mehrere Microchannel-Wärmeübertragungselemente der einen Gruppe neben einem oder mehreren Microchannel-Wärmeübertragungselementen der anderen Gruppe angeordnet und in einer weiteren vorteilhaften
Ausführungsvariante sind abwechselnd ein oder mehrere Microchannel- Wärmeübertragungselemente der einen Gruppe neben einem oder mehreren Microchannel-Wärmeübertragungselementen der anderen Gruppe
angeordnet sind. In einer vorteilhaften Ausführungsform sind nebeneinander angeordneten Microchannel-Wärmeübertragungselemente 6.1 , 6.1 ', 6.1 ", 6.2, 6.2' mittels Lötverbindungen wärmeleitend verbunden. Dabei können die Microchannel- Wärmeübertragungselemente direkt oder über Abstandselemente
wärmeleitend verbunden sein. In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform können nebeneinander angeordnete Microchannel-Wärmeübertragungselemente 6.1 , 6.1 ', 6.1 ", 6.2, 6.2' über Wärmeaustauschrippen 7' wärmeleitend miteinander verbunden sein. Meist sind zwischen den Wärmeaustauschrippen 7' Luftkanäle ausgebildet. Typisch sind die Wärmeaustauschrippen aus einem gefalteten oder gebogenen Blechstreifen hergestellt, der beispielsweise ein Zick-Zack- Muster aufweisen oder mehrmals U-förmig abgebogen sein kann.
Unabhängig von den oben erwähnten Ausführungsformen und
Ausführungsvarianten sind die Microchannel-Wärmeübertragungselemente 6.1 , 6.1 ', 6.1 ", 6.2, 6.2' in den Bereichen, in denen sie wärmeleitend verbunden sind, vorteilhafterweise im Wesentlichen parallel angeordnet und/oder bilden, falls zweckmässig, in den Bereichen, in denen sie wärmeleitend verbunden sind, jeweils eine ebene Anordnung. In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform bilden Microchannel- Wärmeübertragungselemente 6.1 " der einen Gruppe mit den Microchannel- Wärmeübertragungselementen 6.2, 6.2' der anderen Gruppe einen
Unterkühler 12 für oder mit wenigstens zwei getrennten Wärmekreisläufen 3.1 , 3.2, beispielsweise einen Kältemittelkreislauf, der die Microchannel- Wärmeübertragungselemente 6.1 , 6.1 ', 6.1 " der einen Gruppe umfasst, und einen Unterkühlmittelkreislauf, der die Microchannel- Wärmeübertragungselemente 6.2, 6.2' der anderen Gruppe umfasst.
Die Wärmeübertragungsanordnung 2 kann dabei, wie in den Figuren 7A und 7B gezeigt, zwei Teile umfassen, einen ersten Teil, welcher nur Microchannel- Wärmeübertragungselemente 6.1 , 6.1 ' der einen Gruppe enthält, die über Wärmeaustauschrippen 7' miteinander verbunden sind und einen Ein- oder Mehrpass-Wärmeaustauscher 2.1 bilden, und einen zweiten Teil, in welchem ein oder mehrere weitere Microchannel-Wärmeübertragungselemente 6.1 " der einen Gruppe jeweils wärmeleitend mit einem oder mehreren
Wärmeübertragungselementen 6.2, 6.2' der anderen Gruppe verbunden sind und einen Unterkühler 12 bilden. Je nach Anwendung kann es vorteilhaft sein, den Unterkühler 12 mit einer Wärmedämmung 12a zu versehen.
Fig. 7C zeigt einen Ausschnitt aus einer vorteilhaften Ausführungsvariante eines Unterkühlers 12' aus dem Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 7A und 7B. In der gezeigten Ausführungsvariante sind ein oder mehrere Microchannel- Wärmeübertragungselemente 6.1 " der einen Gruppe direkt mit einem oder mehreren Wärmeübertragungselementen 6.2, 6.2' der anderen Gruppe wärmeleitend verbunden, wobei die wärmeleitende Verbindung teilweise oder ausschliesslich aus Lötverbindungen bestehen kann. Im gezeigten Ausschnitt sind jeweils die einzelnen Kanäle 6.2a der Microchannel- Wärmeübertragungselemente sichtbar.
Weiter umfasst die Erfindung die Verwendung einer
Wärmeaustauscheranordnung 2 nach einer oder mehreren der oben beschriebenen Ausführungsformen und -Varianten als
Sicherheitswärmeaustauscher für oder mit wenigstens zwei getrennten Kreisläufen für Wärmeübertragungsmedien und/oder Kältemittel, die
Verwendung einer Wärmeaustauscheranordnung nach einer oder mehreren der oben beschriebenen Ausführungsformen und -Varianten als Unterkühler 12 für oder mit wenigstens einem Kältemittelkreislauf 3.1 und wenigstens einem Unterkühlmittelkreislauf 3.2 und die Verwendung einer
Wärmeaustauscheranordnung nach einer oder mehreren der oben
beschriebenen Ausführungsformen und -Varianten als Verdampfer- A/erflüssigerkombination für oder mit einem ersten
Wärmeübertragungsmedium, das im Verflüssiger verflüssigt und/oder gekühlt wird, und einem zweiten Wärmeübertragungsmedium, das im Verdampfer verdampft und/oder erwärmt wird. Zusätzlich umfasst die Erfindung jeweils auch ein Verfahren zum Betrieb einer Wärmeaustauscheranordnung nach einer oder mehreren der oben
beschriebenen Ausführungsformen und -Varianten als
Sicherheitswärmeaustauscher und/oder als Unterkühler und/oder als
Verdampfer-A/erflüssigerkombination. Ebenfalls zur Erfindung gehört eine Anlage mit mindestens zwei
Wärmekreisläufen 3.1 , 3.2 und mit mindestens einer
Wärmeaustauscheranordnung 2 nach einer oder mehreren der oben beschriebenen Ausführungsformen und -Varianten.
Die oben beschriebenen Wärmeaustauscheranordnungen haben den Vorteil, dass dank der Verwendung von Microchannel-Wärmeübertragungselementen bei vergleichbarem Material- und Arbeitsaufwand gegenüber herkömmlichen lamellierten Zwei- oder Mehrkreis-Wärmeaustauschern ein höherer COP-Wert erzielt werden kann, oder dass die Wärmeaustauscheranordnungen bei vorgegebener Wärme- und/oder Kälteleistung leichter und kompakter gebaut werden können.

Claims

Patentansprüche
Wärmeaustauscheranordnung (2) mit mehreren Microchannel- Wärmeübertragungselementen (6.1 , 6.1 ', 6.1 ", 6.2, 6.2', 6.2"), die miteinander wärmeleitend verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Microchannel-Wärmeübertragungselemente wenigstens zwei Gruppen bilden, dass jeweils ein oder mehrere Microchannel- Wärmeübertragungselemente (6.1 , 6.1 ', 6.1 ") der einen Gruppe wärmeleitend mit einem oder mehreren Microchannel- Wärmeübertragungselementen (6.2, 6.2', 6.2") der anderen Gruppe verbunden sind, und dass jede Gruppe jeweils einen eigenen
Einlasssannnnelkanal (8.1 , 8.2) und einen eigenen Auslasssannnnelkanal (9.1 , 9.2) umfasst, die mit den Microchannel- Wärmeübertragungselementen (6.1 , 6.2) der jeweiligen Gruppe flüssigkeitsleitend verbunden sind.
Wärmeaustauscheranordnung nach Anspruch 1 , wobei zwischen den Microchannel-Wärmeübertragungselementen der einen Gruppe keine flüssigkeitsleitende Verbindung zu den Microchannel- Wärmeübertragungselementen der anderen Gruppe besteht.
Wärmeaustauscheranordnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei jeweils ein oder mehrere Microchannel-Wärmeübertragungselemente (6.1 , 6.1 ' 6.1 ") der einen Gruppe neben einem oder mehreren Microchannel- Wärmeübertragungselementen (6.2, 6.2', 6.2") der anderen Gruppe angeordnet sind.
Wärmeaustauscheranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei abwechselnd ein oder mehrere Microchannel- Wärmeübertragungselemente der einen Gruppe neben einem oder mehreren Microchannel-Wärmeübertragungselementen der anderen Gruppe angeordnet sind.
5. Warnneaustauscheranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei nebeneinander angeordnete Microchannel- Wärmeübertragungselemente mittels Lötverbindungen wärmeleitend verbunden sind.
6. Wärmeaustauscheranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei nebeneinander angeordnete Microchannel- Wärmeübertragungselemente direkt oder über Wärmeaustauschrippen (7, 7') wärmeleitend verbunden.
Wärmeaustauscheranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei zwischen den Wärmeaustauschrippen (6.1 , 6.1 ', 6.1 ", 6.2, 6.2', 6.2") Luftkanäle ausgebildet sind, und/oder wobei die Wärmeaustauschrippen (7) eine Höhe von 2 mm bis 6 mm und/oder eine Dicke von 0.12 mm bis 0.50 mm aufweisen.
Wärmeaustauscheranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Microchannel-Wärmeübertragungselemente (6.1 , 6.1 ', 6.1 ", 6.2, 6.2', 6.2") in den Bereichen, in denen sie wärmeleitend verbunden sind, im Wesentlichen parallel angeordnet sind.
Wärmeaustauscheranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Microchannel-Wärmeübertragungselemente (6.1 , 6.1 ', 6.1 ", 6.2, 6.2', 6.2") in den Bereichen, in denen sie wärmeleitend verbunden sind, eine ebene Anordnung bilden.
Wärmeaustauscheranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Microchannel-Wärmeübertragungselemente (6.1 , 6.1 ', 6.1 ") der einen Gruppe mit den Microchannel-Wärmeübertragungselementen (6.2, 6.2', 6.2") der anderen Gruppe einen Sicherheitswärmeaustauscher für oder mit wenigstens zwei getrennten Wärmekreisläufen (3.1 , 3.2) bilden, in welchem die Microchannel-Wärmeübertragungselemente der einen Gruppe mittels Wärmeaustauschrippen (7) wärmeleitend mit den
Microchannel-Wärmeübertragungselementen der anderen Gruppe verbunden sind.
1 1 . Wärmeaustauscheranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
wobei die Microchannel-Wärmeübertragungselemente (6.1 ) der einen Gruppe mit den Microchannel-Wärmeübertragungselementen (6.2) der anderen Gruppe einen Unterkühler für oder mit wenigstens zwei getrennten Wärmekreisläufen bilden.
12. Verwendung einer Wärmeaustauscheranordnung nach einem der
Ansprüche 1 bis 1 1 als Sicherheitswärmeaustauscher für oder mit wenigstens zwei getrennten Kreisläufen für Wärmeübertragungsmedien und/oder Kältemittel.
Verwendung einer Wärmeaustauscheranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 als Unterkühler für oder mit wenigstens einem Kältemittelkreislauf und wenigstens einem Unterkühlmittelkreislauf.
14. Verwendung einer Wärmeaustauscheranordnung nach einem der
Ansprüche 1 bis 1 1 als Verdampfer-A/erflüssigerkombination für oder mit einem ersten Wärmeübertragungsmedium, das im Verflüssiger verflüssigt und/oder gekühlt wird, und einem zweiten
Wärmeübertragungsmedium, das im Verdampfer verdampft und/oder erwärmt wird.
15. Anlage mit mindestens zwei Wärmekreisläufen und mit mindestens einer Wärmeaustauscheranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 .
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