WO2020234358A1 - Wärmeübertrager und kühlungsverfahren - Google Patents

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WO2020234358A1
WO2020234358A1 PCT/EP2020/064085 EP2020064085W WO2020234358A1 WO 2020234358 A1 WO2020234358 A1 WO 2020234358A1 EP 2020064085 W EP2020064085 W EP 2020064085W WO 2020234358 A1 WO2020234358 A1 WO 2020234358A1
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heat exchanger
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cross
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PCT/EP2020/064085
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Andreas Wagner
Yixia XU
Ullrich Hesse
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Technische Universität Dresden
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    • F28D2021/0068—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for for refrigerant cycles
    • F28D2021/0071—Evaporators

Definitions

  • Various exemplary embodiments relate to a heat exchanger and a cooling method.
  • a fluorinated refrigerant e.g. R14, R23, etc.
  • a fluorinated refrigerant e.g. R14, R23, etc.
  • Such fluorinated refrigerants pose a problem for environmental protection, for example due to their increased global warming potential (GWP).
  • GWP global warming potential
  • Sublimation of carbon dioxide (CO2) is an environmentally friendly alternative for cooling at low temperatures (e.g. at temperatures below -20 ° C, below -35 ° C, below -50 ° C, etc.), because CO2 is a natural refrigerant with a low GWP (e.g.
  • the GWP of CO2 is negligible compared to fluorinated refrigerants in applications in one low temperature range), non-flammable and non-toxic.
  • suitable operating conditions e.g. pressure, temperature, etc.
  • the solid to be sublimated can also be Refrigerant (e.g. solid particles of refrigerant) lead to a blockage of the refrigeration system.
  • Various embodiments relate to a heat exchanger.
  • the use of the heat exchanger described herein in a refrigeration system enables the refrigeration system to also be used for a sublimation-based cooling process, and thus for cooling at a temperature level of below -50 ° C.
  • a heat exchanger can have at least one channel for guiding refrigerant, wherein the at least one channel has a first section and a second section, the first section in relation to a flow direction of the refrigerant in the at least one channel upstream relative to the second Section is arranged, wherein the second section has a cross-sectional area which is larger than a cross-sectional area of the first section, so that a sublimation of the refrigerant is made possible in the second section.
  • the first section can serve to distribute and expand the refrigerant (e.g. the liquid refrigerant, e.g. above the triple point).
  • the channel can be set up in such a way that no heat transfer (from the refrigerant) takes place (or can take place) in the first section.
  • the channel can be set up in such a way that the heat transfer (only) takes place in the second section.
  • the solid refrigerant is located in the second section (below the triple point) and the heat transfer can take place.
  • the channel can clearly be set up in such a way that the refrigerant is in the two sections at different pressures and states.
  • a cooling method for cooling a fluid by means of sublimation of a refrigerant can have the following: providing a refrigerant to a heat exchanger, the heat exchanger having at least one channel for guiding refrigerant; Guiding the refrigerant into the at least one channel, the at least one channel having a first section and a second section, the first section being arranged upstream relative to the second section with respect to a flow direction of the refrigerant in the at least one channel, the second section has a cross-sectional area which is greater than one Cross-sectional area of the first section, so that sublimation of the refrigerant is enabled in the second section; Providing a heat transfer between the refrigerant flowing into the second section and the fluid to be cooled, so that the refrigerant flowing into the second section can sublime and the fluid to be cooled can be cooled.
  • FIG. 1 shows a heat exchanger in a schematic
  • FIG. 2A, FIG. 2B, FIG. 2C, FIG. 2D, FIG. 2E and FIG. 2F each show a part of a channel of a heat exchanger in a schematic representation according to various embodiments;
  • FIG. 2G shows a container and a channel of a heat exchanger in a schematic illustration according to various embodiments
  • Figure 3 shows a refrigeration system having a heat exchanger
  • FIG. 4 shows a refrigeration system having a heat exchanger
  • Figure 5 shows a refrigeration system having a heat exchanger
  • FIG. 6 shows a refrigeration system having a heat exchanger in a schematic illustration according to various embodiments.
  • FIG. 7 a refrigeration system having a heat exchanger in
  • the terms “connected”, “connected” and “coupled” are used to describe both a direct and an indirect connection, a direct or indirect connection and a direct or indirect coupling.
  • identical or similar elements are provided with identical reference symbols, as far as this is appropriate.
  • the term "at least one” is used for the sake of brevity, which can mean: one, exactly one, several (e.g. exactly two, or more than two), many (e.g. exactly three or more than three ), etc.
  • the meaning “several” does not necessarily have to mean that there are several identical elements, but essentially functionally identical elements.
  • a channel is used to describe both a channel which is formed by a single tube (for example a single mini-channel) and a channel which is formed by a plurality of tubes (for example a plurality of mini-channels ) is formed.
  • a channel can be formed by a single tube, and a plurality of channels can be formed by a plurality of individual tubes which are arranged, for example, parallel to one another.
  • a channel can be formed by a plate, such as a flat metal plate (e.g. made of aluminum), in which a plurality of tubes (e.g. a plurality of mini-channels) are formed, for example by making a plurality of openings along a length of the plate.
  • a plurality of channels can have a plurality of plates, which can be arranged parallel to one another and in each of which a plurality of tubes (e.g. a plurality of mini-channels) are formed.
  • mini-channel is used to describe a channel which has a cross-section which ranges from hundreds of micrometers to a few millimeters.
  • the cross section of a mini-channel can have a size along a direction perpendicular to a direction of flow of a fluid in the channel (e.g.
  • a height, a width, a diameter, an edge length, etc. which is in a range from approximately 100 ⁇ m to approximately 20 mm, for example in a range from approximately 200 gm to approximately 15 mm, for example in a range from approximately 500 ⁇ m to approximately 10 mm, for example in a range from approximately 1 mm to approximately 5 mm, for example in a range from approximately 100 ⁇ m to approximately 1.5 mm.
  • These areas can relate, for example, to a section of the channel in which there is a heat transfer between a fluid flowing in the channel (for example a refrigerant flowing in the channel) and another fluid (for example to be cooled).
  • a mini-channel can be formed by a plurality of tubes, each of which has a cross section in one of the areas shown above.
  • upstream is used to describe the relative disposition of one or more elements with respect to a direction of flow of a fluid (e.g., a refrigerant).
  • a fluid e.g., a refrigerant
  • upstream relative to an element can describe a location which is located in front of the element (e.g. in front of an entry of the element) so that the fluid flows first through that location and then into the element.
  • a first element can be arranged upstream relative to a second element, so that the fluid first flows into the first element and then into the second element.
  • upstream does not necessarily mean that the first element and the second element are arranged directly next to one another, but other elements can also be arranged between the first element and the second element along the flow direction.
  • downstream is used to describe the relative arrangement of one or more elements with respect to a flow direction of a fluid (eg a refrigerant).
  • a fluid eg a refrigerant
  • downstream relative to an element can describe a point which is arranged after the element (eg after an exit of the element) so that the fluid first flows into the element and then through this point.
  • a first element can be arranged downstream relative to a second element, so that the fluid first flows into the second element and then into the first element.
  • downstream does not necessarily mean that the first element and the second element are arranged directly next to one another, but other elements can also be arranged between the first element and the second element along the flow direction.
  • a conventional heat exchanger e.g. a conventional evaporator
  • a conventional heat exchanger can also have several ribs which are arranged between the channels and which increase the area available for the heat transfer.
  • Such a heat transfer design e.g. with fins
  • the absorption of heat in a heat exchanger by sublimation presents various challenges compared to evaporating refrigerants.
  • the heat transfer is reduced and the accumulation of solid particles of refrigerant can lead to blockages and blockages in the heat exchanger.
  • a cooling system e.g. a refrigeration system
  • a refrigerant does not circulate back in the system after a heat transfer with a fluid to be cooled, but the refrigerant is lost into the environment. In other words, after evaporation or sublimation, the refrigerant is no longer available.
  • the refrigerant remains in a closed circuit after the heat transfer with the fluid to be cooled in the system, so that the refrigerant can be compressed again and made available to the heat exchanger for repetition of the process.
  • Cooling by means of sublimation a refrigerant is usually carried out in an open circuit, for example by spraying the refrigerant to be sublimated onto a surface to be cooled, so that large amounts of refrigerant should be used.
  • the sublimation in a closed circuit is hindered due to the blockage (e.g. damage) of the components of the refrigeration system (e.g. the compressor), which is caused by the solid refrigerant to be sublimated (e.g. solid particles of refrigerant).
  • One possibility could be to transport the solid refrigerant particles by means of a carrier fluid. In such a configuration, however, additional energy would be required to circulate the carrier fluid.
  • the refrigerant should be separated from the carrier fluid after sublimation in order to be able to be compressed again within the framework of the refrigeration cycle. Such a separation would require a high level of technical complexity and would cause pressure losses, which can have a negative effect on the refrigeration capacity and the efficiency of the process.
  • a heat exchanger with several channels could represent a suitable type of heat transfer for sublimation.
  • the increased heat transfer surface due to the high number of channels can compensate for the reduced heat transfer. If individual channels were blocked, additional channels would remain for the heat transfer, so that a refrigeration system in which the heat exchanger is used can continue to work.
  • a distributor on an evaporator consists of a type of container into which the channels (eg the mini-channels) protrude.
  • the refrigerant to be evaporated in the liquid and / or gaseous state of aggregation is distributed over the various channels.
  • a refrigerant to be sublimated e.g. CO 2
  • CO 2 which is solid and If it were to enter the container in gaseous form, its solid particles would clog the channel entrances.
  • Fig.l illustrates a heat exchanger 100 in a schematic representation according to various embodiments.
  • the heat exchanger 100 can have at least one channel 102 (e.g. at least one mini-channel) for conducting refrigerant.
  • the heat exchanger 100 can be set up in such a way that the refrigerant flows into the at least one channel 102 and can be in a heat transfer relationship with a fluid to be cooled (eg air, water, salt water, etc.), so that heat is removed from the fluid to be cooled into which refrigerant flowing into the at least one channel 102 can be received.
  • the at least one channel 102 can also have multiple tubes (e.g. multiple mini-channels, multiple mini-channel tubes, etc.) for guiding refrigerant, which can be arranged, for example, parallel to one another.
  • the heat exchanger 100 can also have a plurality of channels 102 for guiding refrigerant, which channels can for example be arranged parallel to one another.
  • the at least one channel 102 can have a first section 102-1 and a second section 102-2. With respect to a flow direction of the refrigerant in the at least one channel 102, the first section 102-1 can be arranged upstream relative to the second section 102-2. In other words, the at least one channel 102 can be set up such that the Refrigerant initially flows into the first section 102-1 and then into the second section 102-2. According to various embodiments, the second section 102-2 can be arranged directly next to the first section 102-1.
  • the second section 102-2 can have a cross-sectional area which is larger than a cross-sectional area of the first section 102-1, so that sublimation of the refrigerant in the second section 102-2 is made possible.
  • the heat exchanger 100 can be set up in such a way that the refrigerant is in a heat transfer relationship with a fluid to be cooled when the refrigerant flows into the second section 102-2, so that heat from the fluid to be cooled is transferred into the second section 102-2. 2 flowing refrigerants can be included.
  • the heat exchanger 100 can clearly be set up in such a way that the refrigerant can sublime in the second section 102-2 due to the heat transfer with the fluid to be cooled.
  • the refrigerant should be in an at least partially solid state (e.g. in a solid / gaseous state). Furthermore, the refrigerant should be at such a temperature level and / or pressure level that a direct phase change from a solid physical state to a gaseous physical state is made possible. In other words, the refrigerant should be at such a temperature level and / or pressure level which define a location in the phase diagram of the refrigerant in which sublimation of the refrigerant is possible.
  • a fluid e.g., refrigerant
  • a restriction e.g., into a throttle opening such as a portion of a tube with reduced cross-sectional area
  • the velocity of the fluid increases and, as a result, the pressure of the fluid is reduced.
  • the fluid can be at a high pressure level (for example at a pressure level in a range from approximately 10 bar to about 160 bar, for example from about 70 bar to about 140 bar, for example from about 40 bar to about 70 bar).
  • the fluid reaches a critical (sound) speed (a so-called stuffing limit, in English "choked flow"), so that the pressure in the throttle is at a lower pressure level (e.g.
  • a further expansion of the fluid follows downstream relative to the throttle and the pressure of the fluid continues to drop (for example to a pressure level in a range from approximately 0 bar to approximately 5 bar).
  • pressure ranges described herein are selected as examples, and they can apply, for example, to CO2 as a refrigerant to be sublimated. It goes without saying that the pressure ranges can be dependent on the refrigerant used to be sublimated, and can be adapted accordingly based on the refrigerant used.
  • the cross-sectional area of the first section 102-1 can be smaller than the cross-sectional area of the second section 102-2, so that the first section 102-1 provides a throttle point at the entry of the at least one channel 102.
  • the first section 102-1 is a throttle point at the inlet of the at least one channel 102.
  • the cross-sectional area of the first section 102-1 can be dimensioned such that a refrigerant is at a high pressure level in front of the first section 102-1 (for example at a pressure level in a range from approximately 10 bar to approximately 160 bar, for example from approximately 70 bar to about 140 bar, for example from about 40 bar to about 70 bar);
  • the refrigerant reaches a critical (sonic) speed, so that the pressure of the refrigerant in the first section 102-1 increases a lower pressure level (for example at a pressure level in a range from about 10 bar to about 70 bar, for example from about 10 bar to about 40 bar, for example from about 40 bar to about 70 bar) falls; and after the first section 102-1 (in other words, downstream relative to the first section 102-1, when entering the second section 102-2) there is a further expansion of the refrigerant and the pressure of the refrigerant drops further, for example to a sublimation pressure level (eg at a pressure level in a range from about
  • the cross-sectional area of the first section 102-1 can be dimensioned such that the pressure of the refrigerant in the first section 102-1, clearly up to the outlet of the first section 102-1, is above the sublimation pressure of the refrigerant, so that the Refrigerant cannot sublime in the first section 102-1.
  • the cross-sectional area of the first section 102-1 can be dimensioned in such a way that the drop in pressure of the refrigerant flowing into the first section 102-1 is not sufficient to enable sublimation of the refrigerant in the first section 102-1.
  • the cross-sectional area of the first section 102-1 can thus be dimensioned in such a way that sublimation of the refrigerant in the first section 102-1 is prevented.
  • the heat exchanger can be set up (e.g. the first section can be dimensioned in such a way) that no heat transfer takes place between the refrigerant flowing into the first section and the fluid to be cooled.
  • the refrigerant instead exchanges heat with the fluid while it is flowing in the first section.
  • an evaporation of the liquid Occur in the refrigerant heat beforehand at a higher temperature.
  • an additional component would be used for the distribution of the solid refrigerant in the first section (otherwise blockage by solid refrigerant could occur before the first section).
  • the cross-sectional area of the first section 102-1 can be dimensioned such that the refrigerant in the first section 102-1 is at a pressure level that is greater than the pressure level of the triple point of the refrigerant.
  • the cross-sectional area of the first section 102-1 can be dimensioned such that the refrigerant in the first section 102-1 is or is in a non-solid (eg liquid, gaseous, liquid / gaseous, supercritical, etc.) physical state can be located.
  • the cross-sectional area of the first section 102-1 can be dimensioned such that the refrigerant is at such a pressure level that the refrigerant in the first section 102-1 is in a non-solid (eg liquid, gaseous, liquid) / gaseous, supercritical, etc.) physical state.
  • the cross-sectional area of the first section 102-1 can be dimensioned such that the critical mass flow through the throttle point, which is dependent on the inlet pressure and / or on the inlet temperature (e.g. the pressure and / or the temperature at the inlet of the first section 102-1) (in other words by the first section 102-1) is reached and the critical outlet pressure (for example the pressure at the outlet of the first section 102-1) is above the triple point of the refrigerant.
  • a clogging of the throttle point for example a blockage of the first section 102-1, and thus of the at least one channel 102
  • the refrigerant is in the throttle point (in other words, in the first section 102-1) is in a non-solid aggregate state. Only after exiting the throttle point (in other words when entering the second section 102-2) does the refrigerant expand to the sublimation pressure level.
  • the cross-sectional area of the first section 102-1 and the cross-sectional area of the second section 102-2 can be dimensioned such that the pressure of a refrigerant flowing into the at least one channel 102 is downstream relative to the first section 102-1 (in other words in Entry into the second section 102-2) is lower (eg 5 bar lower, 10 bar lower, 20 bar lower, 30 bar lower, 50 bar lower, etc.) than the pressure in the first section 102-1.
  • the cross-sectional area of the first section 102-1 can be dimensioned such that the refrigerant is at a pressure level in a range from approximately 10 bar to approximately 70 bar (for example from approximately 10 bar to approximately 40 bar, from approximately 40 bar to approximately 70 bar bar, etc.) is located in the first section 102-1.
  • the cross-sectional area of the second section 102-2 can be dimensioned such that the refrigerant is at a pressure level in a range from approximately 0 bar to approximately 5 bar (e.g. at an atmospheric pressure level) in the second section 102-2.
  • the cross-sectional area of the first section 102-1 and the cross-sectional area of the second section 102-2 can be dimensioned such that a refrigerant flowing into the at least one channel 102 is at such a pressure level downstream relative to the first section 102-1 ( eg in the second section 102-2) is that the sublimation of the refrigerant is made possible.
  • the cross-sectional area of the first section 102-1 and the cross-sectional area of the second section 102-2 can be dimensioned such that the refrigerant is at a pressure level suitable for sublimation (e.g. at a sublimation pressure level, such as atmospheric pressure, if the refrigerant comprises CO2) when it flows into the second section 102-2.
  • the throttling of the refrigerant upon entry into the at least one channel 102 ensures that the sublimation region of the refrigerant can only be reached in the at least one channel 102 (e.g. in the second section 102-2).
  • the throttling of the refrigerant upon entry into the at least one channel 102 enables refrigerant to be provided to the at least one channel 102 in a non-sublimable (e.g. non-solid) aggregate state and that the refrigerant only enters the at least one channel 102 passes into a sublimable (eg at least partially solid) aggregate state.
  • the throttle point can be dimensioned such that the refrigerant from the liquid or liquid / gaseous aggregate state upstream relative to the first section 102-1 into an at least partially solid (e.g. solid / gaseous) aggregate state downstream relative to the first section 102-1 (in other words in the second section 102-2) is expanded.
  • the cross-sectional area of the first section 102-1 and the cross-sectional area of the second section 102-2 can be dimensioned in such a way that the pressure drops when the refrigerant flows from the first section 102-1 into the second section 102-2, so that the refrigerant changes from a non-solid (e.g.
  • the cross-sectional area of the first section 102-1 and the cross-sectional area of the second section 102-2 can be dimensioned in such a way that there is such a drop in pressure that the refrigerant is a sublimation region of the phase diagram of the refrigerant in the second section 102-2 reached .
  • the first section 102-1 can have a cross-sectional area in a range from approximately 0.0001 mm 2 to approximately 0.8 mm 2 , for example in a range from approximately 0.001 mm 2 to approximately 0.5 mm 2 , for example in a range of approximately 0.005 mm 2 to about 0.25 mm 2 .
  • the second section 102-2 can have a cross-sectional area in a range from approximately 0.01 mm 2 to approximately 400 mm 2 , for example in a range from approximately 0.1 mm 2 to approximately 100 mm 2 , for example in a range of approximately 0.5 mm 2 to about 50 mm 2 , for example in a range from about 1 mm 2 to about 20 mm 2 .
  • the heat exchanger 100 can thus serve as a sublimator, even if a non-solid (e.g. liquid, gaseous, liquid / gaseous, supercritical, etc.) refrigerant is provided to it.
  • a non-solid (e.g. liquid, gaseous, liquid / gaseous, supercritical, etc.) refrigerant is provided to it.
  • a conventional heat exchanger could be adapted by means of the design of the channel or channels described here in such a way that it could also be used for the sublimation of refrigerants (e.g. CO2).
  • the arrangement described herein thus represents a comparatively inexpensive option for a sublimator which could be used in a closed cooling circuit.
  • the heat exchanger 100 can thus be set up in such a way that it can receive a refrigerant in a non-solid state of aggregation, and the refrigerant within the heat exchanger 100 changes to an at least partially solid state of aggregation, so that sublimation of the refrigerant is made possible.
  • the refrigerant can have a natural refrigerant, such as carbon dioxide (CO2)
  • the refrigerant can also have a hydrocarbon-based refrigerant, such as HFC, HCFC, HFO, R170, R290, R600, etc.
  • the refrigerant can a mixture of a plurality of mutually different refrigerants exhibit. It goes without saying that the refrigerant can be selected based on the desired operation of the heat exchanger 100 (eg on the temperature range to be achieved).
  • the heat exchanger 100 can have at least one heat transfer element 104 which is arranged in contact (e.g. in direct physical contact) with the at least one channel 102.
  • the at least one heat transfer element 104 can be configured, for example, as an outer protrusion or a plurality of outer protrusions from the surfaces of the at least one channel 102 (such as, for example, a rib, a plurality of ribs, a lamella, a plurality of lamellae, etc.).
  • the heat exchanger 100 can also have a plurality of heat transfer elements 104, which can be arranged in contact with the at least one channel 102 or between two adjacent channels 102.
  • the at least one heat transfer element 104 can be configured to provide the area available for heat transfer between the fluid to be cooled and the refrigerant flowing into the at least one channel 102 (eg into the second section 102-2 of the at least one channel 102) so that the heat transfer rate and the overall efficiency of the heat exchanger 100 can be improved.
  • the heat exchanger 100 can be set up such that the fluid to be cooled can flow through the at least one heat transfer element 104 (for example in a direction at an angle to or perpendicular to the flow direction of the refrigerant in the at least one channel 102) and heat in a more efficient manner can dispense the refrigerant.
  • the heat exchanger 100 can have a first container 106 (eg a distributor container).
  • the first container 106 can be set up to supply the refrigerant to the at least one channel 102.
  • the first container 106 can be set up to distribute the refrigerant to the multiple tubes (eg to the multiple mini-channels) of the at least one channel 102 or to the channels 102 of the plurality of channels 102 (eg evenly).
  • the arrangement described herein enables simple supply or distribution of the refrigerant (eg to be sublimated) by means of the first container 106, because the refrigerant is in a non-solid (eg liquid, gaseous, liquid / gaseous, supercritical, etc.) physical state or can be located when this flows into the first container 106.
  • the first container 106 can be set up such that a refrigerant flowing into the first container 106 is in a non-solid (e.g. liquid, gaseous, liquid / gaseous, supercritical, etc.) physical state.
  • a refrigerant to be sublimated can also be supplied or distributed in a simple manner, and only when it enters the at least one channel 102 (e.g. when it enters the second section 102-2) does it change into an at least partially solid state of aggregation.
  • the first container 106 can be set up in such a way that the refrigerant is at a medium pressure level or a high pressure level (for example at a pressure level in a range from approximately 10 bar to approximately 160 bar, for example from approximately 70 bar to approximately 140 bar, for example from approximately 40 bar to approximately 70 bar, for example from approximately 10 bar to approximately 40 bar, etc.) in the first container 106.
  • the first container 106 can thus be set up in such a way that the refrigerant is completely liquid or liquid / gaseous or supercritical in the first container 106.
  • the first container 106 can be set up in such a way that the refrigerant is at a pressure level in the first container 106 which is (for example always) above the pressure level of the triple point of the refrigerant.
  • the throttling at a low pressure level (eg at a pressure level in a range from approximately 0 bar to approximately 5 bar) occurs in the second section 102-2 of the at least one channel 102.
  • the first container 106 can be configured as a separator (e.g. as a medium-pressure separator) for separating a liquid phase of the refrigerant from a gas phase of the refrigerant.
  • the first container 106 can be set up to supply the liquid refrigerant to the at least one channel 102 or to distribute the liquid refrigerant to the channels of the plurality of channels 102, and to output the gaseous refrigerant through an additional outlet (eg a gas outlet) .
  • an additional outlet eg a gas outlet
  • the first container 106 can be set up in such a way that it is thermally insulated from a fluid to be cooled.
  • the first container 106 can have a (e.g., thermal) coating or be or be coated by means of a coating which is set up to thermally isolate the first container 106 from a fluid to be cooled, which flows over or through the heat exchanger 100. The consequence of this is that subcooling of the refrigerant in the first container 106 can be prevented, so that the refrigerant in the first container 106 does not change into a sublimable (e.g. into an at least partially solid) physical state.
  • a sublimable e.g. into an at least partially solid
  • the heat exchanger 100 can have a second container 108 (for example a collecting container).
  • the second container 108 may be configured to receive the refrigerant discharged from the at least one channel 102.
  • the second container 108 can be set up to contain solid refrigerant components (e.g. solid particles of refrigerant) to accumulate.
  • solid refrigerant components e.g. solid particles of refrigerant
  • solid refrigerant constituents of the refrigerant can form.
  • These solid refrigerant components can sublime in the second section 102-2 due to the heat transfer with the fluid to be cooled. In the event that some of these solid refrigerant components do not sublime, these some refrigerant components can be problematic for a refrigeration system.
  • these solid refrigerant components can damage a compressor.
  • the second container 108 can thus be set up in such a way that solid refrigerant components discharged from the at least one channel 102 collect in the second container 108. An undesired circulation of these refrigerant components in a refrigeration system can thus be prevented.
  • the second container 108 can be set up as a solids separator (e.g. as a cyclone separator).
  • the second container 108 can be set up in such a way that it emits gaseous refrigerant from a first outlet and collects solid refrigerant (e.g. solid refrigerant components, such as solid particles of refrigerant).
  • the second container 108 may have a second outlet for discharging the accumulated solid refrigerant. If the heat exchanger 100 is used in a refrigeration system, the second container 108 can in this way make it possible that only gaseous refrigerant is provided for circulation in the refrigeration system.
  • FIG. 2A, FIG. 2B, FIG. 2C, FIG. 2D, FIG. 2E and FIG. 2F each illustrate a part of a channel 102 of a heat exchanger 100 in a schematic representation according to various embodiments.
  • the first section 102-1 and the second section 102-2 of the at least one channel 102 can be dimensioned and / or shaped as desired in such a way that the Effect can be achieved that the sublimation of the refrigerant is only made possible in the second section 102-2.
  • the first section 102-1 and / or the second section 102-2 can have any shape cross section, such as a circular cross section, an elliptical cross section, a square cross section, a rectangular cross section, a polygonal cross section, etc.
  • the cross section of the first section 102-1 can have the same shape as the cross section of the second section 102-2.
  • the cross section of the first section 102-1 and the cross section of the second section 102-2 can, however, also have a different shape from one another.
  • the first section 102-1 can have a cross section which does not change along a flow direction of the refrigerant in the first section 102-1 (e.g. along a direction 101, for example a length of the first section 102-1).
  • the first section 102-1 can also have a cross section which changes along a flow direction of the refrigerant in the first section 102-1 (e.g. along a direction 101, such as a length of the first section 102-1).
  • a shape and / or a size of the cross section of the first section 102-1 can change.
  • the second section 102-2 can have a cross section which does not change along a flow direction of the refrigerant in the second section 102-2 (for example along a direction 101, for example a length of the second section 102-2).
  • the second section 102-2 can, however, also have a cross section which changes along a flow direction of the refrigerant in the second section 102-2 (for example along a direction 101, for example a length of the second section 102-2).
  • a shape and / or a size of the cross section of the second section 102-2 can change.
  • the first section 102-1 and the second section 102-2 can be set up in such a way that a sudden (in other words, abrupt) change in the cross-sectional area at the interface between the first section 102-1 and the second section 102-2 is provided as shown for example in Fig. 2A.
  • the second section 102-2 can, however, also have a cross-sectional area which, starting from the interface with the first section 102-1, gradually increases until a desired cross-sectional area is reached, as shown for example in FIG. 2B.
  • the second section 102-2 can have a tapered shape. In this embodiment there is thus a gradual change in the cross-sectional area.
  • the shape and the cross-sectional area of the first section 102-1 and of the second section 102-2 can thus be selected as desired, for example as a function of the refrigerant and / or other operating parameters of a refrigeration system in which the heat exchanger 100 should be used.
  • the cross section of the first section 102-1 can have a size along a direction perpendicular to the flow direction of the refrigerant in the at least one channel 102 (eg perpendicular to a direction 101, such as a height, a width, a diameter, an edge length , etc.), which is in a range from approximately 0.01 mm to approximately 0.5 mm, for example in a range from approximately 0.01 mm to approximately 0.2 mm, for example in a range from approximately 0.02 mm to approximately 0.1 mm, for example in a range from about 0.02 mm to about 0.05 mm.
  • a direction 101 such as a height, a width, a diameter, an edge length , etc.
  • the cross section of the first section 102-1 can have a size along a direction perpendicular to the direction of flow of the refrigerant in the at least one channel 102, which is smaller than 0.1 mm.
  • the cross section of the first section 102-1 can, for example, be dimensioned such that a refrigerant flowing into the first section 102-1 reaches a critical speed (for example a speed of sound).
  • the first section 102-1 can have a size along a direction parallel to the direction of flow of the refrigerant in the at least one channel 102 (for example along a direction 101, for example a length of the first section 102-1), which is dimensioned in this way that the refrigerant in the first section 102-1 remains in a non-solid aggregate state.
  • the length of the first section 102-1 can be dimensioned such that the drop in the pressure of the refrigerant flowing into the first section 102-1 is not sufficient to allow sublimation of the refrigerant in the first section 102-1 ( e.g. to achieve a pressure level below the triple point of the refrigerant).
  • the cross section of the second section 102-2 can have a size along a direction perpendicular to the direction of flow of the refrigerant in the at least one channel 102 (eg perpendicular to a direction 101, such as a height, a width, a diameter, an edge length , etc.), which is in a range from about 0.1 mm to about 20 mm, for example from about 0.5 mm to about 10 mm, for example from about 1 mm to about 5 mm.
  • the second section 102-2 can have a size along a direction parallel to the flow direction of the refrigerant in the at least one channel 102 (for example along a direction 101, for example a length of the second section 102-2), which is dimensioned in this way that a complete sublimation of the refrigerant in the second section 102-2 can be made possible.
  • a wire of the desired size (eg with the desired diameter) can be inserted into a conventional channel (eg into a conventional mini-channel); the initial section of the channel can then be upset; and the wire can finally be removed, as a result of which a channel 102 having a first portion 102-1 with a reduced cross-sectional area is provided.
  • the inserted wire can be coated so that after upsetting the coating can be burned out by means of heating. As a result, a free space is created between the channel 102 (for example between an inner surface of the channel 102) and the wire, so that the wire can be removed in a simpler manner.
  • several wires can be used (for example at the same time) in order to modify several channels (for example several mini-channels) or several pipes of a channel.
  • a channel can be compressed up to the closure of the entry of the channel, and then a hole (eg by means of drilling, by means of lasers, etc.) can be made in the channel, so that as a result a channel 102 having a first section 102-1 can be provided with a reduced cross-sectional area.
  • a hole e.g. several mini-channels
  • several tubes of a channel can be modified at the same time, so that a hole can be made in the respective channel or in the respective tube.
  • a constricting element 210 (eg a sleeve, a perforated disk, a perforated plate, a cap, etc.) can be used to reduce the cross-sectional area of the first section 102-1 or to provide a throttle point at the entry of the at least one channel 102 , as shown for example in Fig.2C to 2F.
  • the constricting element 210 can be any suitable element so that a throttle point is provided when the at least one channel 102 enters.
  • the constricting element 210 can have any suitable cross section (eg an inner cross section), such as a circular cross section, an elliptical cross section, a square cross section, a rectangular cross section, a polygonal cross section, etc.
  • the cross section (e.g. the inner cross section) of the constricting element 210 may have a size (e.g. an inner size) along a direction perpendicular to the flow direction of the refrigerant in the constricting element 210 (e.g. perpendicular to a direction 101, e.g. a height, a width , a diameter, an edge length, etc.) which is in a range from approximately 0.01 mm to approximately 0.5 mm, for example in a range from approximately 0.01 mm to approximately 0.2 mm, for example in a range from approximately 0.02 mm to approximately 0.1 mm, for example in a range from approximately 0.02 mm to approximately 0.05 mm.
  • a size e.g. an inner size along a direction perpendicular to the flow direction of the refrigerant in the constricting element 210 (e.g. perpendicular to a direction 101, e.g. a height, a width , a diameter, an edge length, etc
  • the cross section of the narrowing element 210 may have a size along a direction perpendicular to the flow direction of the refrigerant in the narrowing element 210, which is smaller than 0.1 mm.
  • the cross section of the constricting element 210 can, for example, be dimensioned such that a refrigerant flowing into the constricting element 210 reaches a critical speed (e.g. a speed of sound) in the constricting element 210 (and clearly in the first section 102-1).
  • the cross section (eg the inner cross section) of the constricting element 210 can be dimensioned such that sublimation of the refrigerant in the constricting element 210 (and clearly in the first section 102-1) is prevented.
  • the cross section of the constricting element 210 can be dimensioned in such a way that the refrigerant is at a pressure level in the constricting element 210 at which sublimation of the refrigerant is impossible.
  • the cross section of the constricting element 210 be dimensioned such that the refrigerant in the constricting element 210 is in a non-solid (eg liquid, gaseous, liquid / gaseous, supercritical) physical state.
  • the cross section of the narrowing element 210 can be dimensioned such that the refrigerant is at a pressure level in the narrowing element 210 which is greater than the pressure level of the triple point of the refrigerant.
  • the constricting element 210 can have a size along a direction parallel to the flow direction of the refrigerant in the constricting element 210 (eg along a direction 101, for example a length of the constricting element 210), which is dimensioned such that the refrigerant in the constricting element 210 remains in a non-solid aggregate state.
  • the length of the constricting element 210 can be dimensioned in such a way that the drop in the pressure of the refrigerant flowing into the constricting element 210 is not sufficient to allow sublimation of the refrigerant in the constricting element 210 or to achieve a pressure level below the To achieve triple pressure of the refrigerant.
  • the at least one channel 102 can have a narrowing element 210, which is arranged in the first section 102-1, so that the cross-sectional area of the first section 102-1 can be reduced, as shown in FIGS. 2C and 2D is.
  • the constricting element 210 can be placed in a channel, and the channel (eg the entry of the channel) can be compressed so that the constricting element 210 is fixed, and as a result a channel 102 having a first section 102-1 with a reduced cross-sectional area can be provided.
  • a constricting element can be arranged in each channel of a plurality of channels or in each tube (for example in each mini-channel) of a channel.
  • the constricting element 210 can be arranged completely within the at least one channel 102 (for example within the first section 102-1), as is illustrated, for example, in FIG. 2C.
  • the constricting element 210 can, however, also have a part which is arranged outside the at least one channel 102 (for example outside the first section 102-1), as is shown, for example, in FIG. 2D.
  • the constricting element 210 can be arranged (e.g. fastened, such as soldered, etc.) at the entry of the at least one channel 102, as is shown, for example, in FIGS.
  • the narrowing element 210 can have a length or a thickness in a range from approximately 1 ⁇ m to approximately 500 ⁇ m, for example in a range from approximately 50 ⁇ m to approximately 200 ⁇ m.
  • the constricting element 210 can be a thin plate (e.g. a sheet metal, a disk) in which one or more holes are made, as is shown for example in FIG. 2E.
  • the constricting element 210 can be a cap which is arranged at the entry of the at least one channel 102 and in which one or more holes are introduced, as is shown, for example, in FIG. 2F.
  • the narrowing element 210 can form an additional part of the at least one channel 102.
  • the narrowing element 210 can thus serve as a first section 102 - 1 of the at least one channel 102, and the at least one channel 102 can serve as a second section 102-2 of the at least one channel 102.
  • the constricting element 210 and the at least one channel 102 can be set up or dimensioned in such a way that a refrigerant in front of the constricting element 210 is at a high pressure level (for example at a pressure level in a range from approximately 10 bar to approximately 160 bar , for example in a range from about 70 bar to about 140 bar, for example in a range from about 40 bar to about 70 bar);
  • a critical (sonic) speed so that the pressure of the refrigerant in the constricting element 210 is at a lower pressure level (for example at a pressure level in a range from approximately 10 bar to approximately 70 bar, for example from about 10 bar to about 40 bar, for example from about 40 bar to about 70 bar); and after the constricting element 210 (for example when entering the at least one channel 102) there is a further expansion of the refrigerant and the pressure of the refrigerant drops further, for example at a sublimation pressure level
  • a heat exchanger 100 can have at least one channel 102 for conducting refrigerant, and at least one narrowing element 210 which is arranged upstream relative to the at least one channel 102, the at least one channel 102 having a cross-sectional area which is greater than a cross-sectional area (for example, an inner cross-sectional area) of the at least one narrowing element 210, so that sublimation of the refrigerant in the at least one channel 102 is made possible.
  • a cross-sectional area for example, an inner cross-sectional area
  • Fig. 2G illustrates a container 106 and a channel 102 of a heat exchanger 100 in a schematic illustration according to various embodiments.
  • first container 106 and the at least one channel 102 are shown in FIG. 2G. It goes without saying that the other elements of the heat exchanger 100 (e.g. the second container 106, the at least one heat transfer element 104, etc.) are also present.
  • the other elements of the heat exchanger 100 e.g. the second container 106, the at least one heat transfer element 104, etc.
  • the at least one channel 102 can be introduced into the first container 106 (for example by means of soldering).
  • the at least one channel 102 can protrude into the first container 106 in such a way that the first section 102-1 is sufficiently removed from the connection point (eg from the soldering point) between the at least one channel 102 and the first container 106, so that undesired modifications of the first section 102-1 (in other words, the throttle point) can be avoided.
  • the at least one channel 102 can be introduced into the first container 106 at a depth t E such that undesired modifications of the first section 102-1 can be avoided.
  • the constricting element 210 can comprise a material which is different from the solder used is not wetted.
  • Fig. 3 illustrates a refrigeration system 300 having a heat exchanger 100 in a schematic representation according to various embodiments.
  • the heat exchanger 100 can be inserted into a refrigeration system 300 (eg in a cooling system), so that the refrigeration system 300 is also used for a sublimation-based cooling process, and thus for cooling at a temperature level of below -50 ° C can be.
  • the refrigeration system 300 can be a conventional (e.g. Cold vapor-based) refrigeration system in which an evaporator has been replaced by the heat exchanger 100 described herein.
  • the refrigeration system 300 can have a compressor 312 (e.g. a reciprocating compressor, a screw compressor, a rotary compressor, a centrifugal compressor, a scroll compressor, etc.) which is arranged downstream relative to the heat exchanger 100.
  • the refrigeration system 300 can be set up in such a way that the refrigerant output by the heat exchanger 100, which is in a gaseous state after sublimation, is fed to the compressor 312.
  • the compressor 312 can be in (e.g. fluidic) communication with the heat exchanger 100, e.g.
  • the compressor 312 and the heat exchanger 100 can be connected to one another (e.g. by means of a line such as a suction line).
  • the compressor 312 can be set up to suck in the refrigerant from the outlet of the heat exchanger 100 (e.g. from the second container 108, such as from a gas outlet of the second container 108).
  • the compressor 312 can be configured to compress the refrigerant.
  • the compressor 312 can thus be set up, for example, that it receives the refrigerant at a low pressure (eg at a pressure level in a range from approximately 0 bar to approximately 5 bar), and the refrigerant at a high pressure (eg at a pressure level in a range from about 10 bar to about 160 bar, for example from about 70 bar to about 140 bar, for example from about 40 bar to about 70 bar).
  • the compressor 312 can furthermore be set up to circulate the refrigerant in the refrigeration system 300, so that the refrigerant can circulate in the refrigeration system 300.
  • the refrigeration system 300 can have a heat-emitting heat exchanger 314 (eg a condenser, a gas cooler, etc.), which is arranged downstream relative to the compressor 312.
  • the refrigeration system 300 can be set up in such a way that the refrigerant compressed by the compressor 312 is fed to the heat-emitting heat exchanger 314.
  • the heat-emitting heat exchanger 314 can be in (eg fluidic) connection with the compressor 312, for example the heat-emitting heat exchanger 314 and the compressor 312 can be or will be connected to one another (eg by means of a line, such as a gas line).
  • a line such as a gas line
  • the heat-emitting heat exchanger 314 can be arranged upstream relative to the heat exchanger 100.
  • the refrigeration system 300 can thus be set up in such a way that the refrigerant output by the heat-emitting heat exchanger 314 is fed to the heat exchanger 100 (e.g. the first container 106).
  • the exothermic heat exchanger 314 can be in (e.g. fluidic) communication with the heat exchanger 100 (e.g. with the first container 106), e.g.
  • the heat-emitting heat exchanger 314 and the heat exchanger 100 can be connected to one another (for example by means of a line, such as a liquid line).
  • the heat-emitting heat exchanger 314 can be set up in such a way that the refrigerant flows into the heat-emitting heat exchanger 314 and this is in a heat transfer relationship with a secondary fluid (e.g. air, water, salt water, etc.), so that heat is extracted from the refrigerant and is absorbed in the secondary fluid as the refrigerant flows into the exothermic heat exchanger 314.
  • a secondary fluid e.g. air, water, salt water, etc.
  • the refrigerant output by the heat-emitting heat exchanger 314 can be in a high pressure state (eg the pressure of the refrigerant can be in a range from about 10 bar to about 160 bar, for example from about 70 bar to about 140 bar, for example from about 40 bar to about 70 bar).
  • the heat-emitting heat exchanger 314 can be set up in such a way that the refrigerant flows into the heat-emitting heat exchanger 314 and this is in a heat transfer relationship with a second refrigerant.
  • the heat-emitting heat exchanger 314 can be in a heat transfer relationship with another heat exchanger (e.g. with another cooling circuit), so that heat is extracted from the refrigerant flowing into the heat-emitting heat exchanger 314 and into the refrigerant flowing into the other heat exchanger (e.g. in the other cooling circuit) second refrigerant can be added.
  • the critical mass flow for example, increases with increasing inlet pressure (e.g. with increasing pressure of the refrigerant at the inlet of the first section 102-1).
  • An increased cooling capacity can be achieved by means of an increased mass flow.
  • the refrigeration system 300 can furthermore have a control system or a control system with a control loop.
  • the control system or the regulation system can be set up to control the component of the refrigeration system 300 or to regulate the operating conditions of the component of the refrigeration system 300.
  • Regulation of the pressure (eg the high pressure) of the refrigerant output by the heat-emitting heat exchanger 314, and thus regulation of the pressure of the refrigerant supplied to the heat exchanger 100, can result in the Mass flow in the first container 106 and / or in the first section 102-1 can be regulated.
  • An increase in the high pressure can increase the critical mass flow, as a result of which the overheating of the refrigerant is reduced or the cooling capacity is increased.
  • the high pressure can be regulated, for example, by regulating the temperature level of the heat-emitting heat exchanger 314.
  • control system or the regulation system can be set up to control or regulate the heat-emitting heat exchanger 314 in such a way that the pressure of the refrigerant emitted by the heat-emitting heat exchanger 314 is increased (or decreased), so that the mass flow of the refrigerant is increased (or decreased) in the first container 106.
  • control system or the regulation system can be set up to control or regulate the heat-emitting heat exchanger 314 in such a way that the pressure of the refrigerant emitted by the heat-emitting heat exchanger 314 is increased (or decreased) so that the mass flow increases (or decreases). is reduced) and / or the superheating of the refrigerant is reduced (or increased).
  • the refrigeration system 300 can optionally have a valve 316 (e.g. a throttle valve, a capillary tube, an expansion valve such as a thermostatic expansion valve, an electronic expansion valve, a manual expansion valve, etc.), which is downstream relative to the heat-emitting heat exchanger 314 and upstream relative to the Heat exchanger 100 (for example between the heat-emitting heat exchanger 314 and the heat exchanger 100) can be arranged.
  • a valve 316 e.g. a throttle valve, a capillary tube, an expansion valve such as a thermostatic expansion valve, an electronic expansion valve, a manual expansion valve, etc.
  • the overheating and / or the cooling capacity can be controlled or regulated by means of the valve 316.
  • two-phase (for example liquid / gaseous) refrigerant or supercritical refrigerant flows into the first container 106.
  • a liquid / gaseous state of entry into the first container 106 results in a worse distribution than a purely liquid or supercritical entry condition.
  • the refrigeration system 300 can be set up such that the refrigerant output by the heat-emitting heat exchanger 314 is supplied to the valve 316.
  • the valve 316 may be in (e.g. fluidic) communication with the exothermic heat exchanger 314, e.g.
  • the valve 316 and the heat-emitting heat exchanger 314 can be connected to one another (e.g. by means of a line such as a gas line, a liquid line, etc.).
  • the refrigeration system 300 can be set up in such a way that the refrigerant output by the valve 316 is supplied to the heat exchanger 100.
  • the valve 316 can be in (e.g. fluidic) communication with the heat exchanger 100, e.g.
  • the valve 316 and the heat exchanger 100 can be connected to one another (e.g. by means of a line, such as a gas line, a liquid line, etc.).
  • the valve 316 can be set up in such a way that the pressure of the refrigerant is reduced when it flows into the valve 316 so that the valve 316 can be used to regulate the pressure of the refrigerant supplied to the heat exchanger 100.
  • the valve 316 can thus clearly be used to regulate the pressure of the refrigerant in the first container 106 and in the first section 102-1.
  • the mass flow or the cooling capacity in the heat exchanger 100 can be adapted by means of the valve 316.
  • control system or the regulation system can be set up to control or regulate the valve 316 in such a way that the pressure of the refrigerant output by the valve 316 is increased (or decreased) so that the mass flow of the refrigerant in the Heat exchanger 100 (e.g. in the first container 106) increased (or decreased) becomes.
  • two expansion stages can be implemented. The first expansion stage is implemented by means of the valve 316 and the second expansion stage is located in the at least one channel 102 (for example after the throttling provided by the first section 102-1).
  • the refrigeration system 300 can furthermore have a shut-off valve (not shown), which can be arranged (e.g. directly) upstream relative to the heat exchanger 100.
  • the shut-off valve can be set up in such a way that, when it is closed, no refrigerant can flow into the shut-off valve, and that, when it is open, the refrigerant can flow into the shut-off valve.
  • the shut-off valve can be set up in such a way that it remains closed when a cooling process is started until a minimum suction pressure is reached by means of the compressor 312 (e.g. by means of a refrigerant suction of the compressor 312).
  • the shut-off valve can thus be set up in such a way that it only opens or is opened after the minimum permissible suction pressure has been reached.
  • the shut-off valve can be set up so that it is closed during operation when a maximum permissible suction pressure is exceeded.
  • the flow of the refrigerant into the heat exchanger 100 can therefore be enabled (or prevented) in a suitable manner if the pressure level in the refrigeration system 300 is suitable for the desired operation of the heat exchanger 100 (e.g. to achieve sublimation of the refrigerant in the second section 102-2 of the at least one channel 102 of the heat exchanger 100).
  • the shut-off valve can be designed to remain closed during a system standstill in order to maintain the operating pressure level.
  • the second container 108 of the heat exchanger 100 can be set up as a solids separator or become.
  • the refrigeration system 300 can have a solids separator (not shown), which can be arranged downstream relative to the heat exchanger 100.
  • the solids separator can be set up to receive the refrigerant output by the heat exchanger 100; provide the gaseous refrigerant to compressor 312; and to accumulate the solid refrigerant (eg, solid refrigerant components such as solid particles of refrigerant). In this way, the compressor 312 can be protected from damage by solid refrigerant.
  • the refrigeration system 300 can furthermore have a particle filter (not shown) which is set up to bind non-refrigerant particles.
  • the particle filter can be arranged in any suitable location in the refrigeration system 300 so that the non-refrigerant particles circulating in the refrigeration system 300 can be blocked. A blockage of the throttle point (e.g. of the at least one channel 102 and / or of the first section 102-1 of the at least one channel 102) due to the particles foreign to the refrigerant can thus be avoided.
  • the refrigeration system 300 can have an internal heat exchanger (not shown) for transferring heat to the suction gas at the outlet of the heat exchanger 100.
  • the heat can be withdrawn from the cooling process, for example after the heat-emitting heat exchanger 314. In this configuration, the efficiency of the process and the cooling capacity can be increased.
  • Fig. 4 illustrates a refrigeration system 300 having a heat exchanger 100 in a schematic representation according to various embodiments.
  • the first container 106 can be set up as a separator (for example as a medium-pressure separator).
  • the first container 106 can be an elevation above the uppermost channel 102 (eg above the at least one channel 102 or above the topmost channel 102 of the plurality of channels 102).
  • the first container 106 can extend above the uppermost channel 102.
  • the first container 106 can have a gas outlet, which can be arranged, for example, in the elevation, and the refrigeration system 300 can be set up such that the gaseous refrigerant discharged from the gas outlet of the first container 106 is fed to the compressor 312.
  • the refrigeration system 300 can be set up in such a way that the gaseous refrigerant output from the gas outlet of the first container 106 is fed to the compressor 312 together with the gaseous refrigerant output from the heat exchanger 100 (e.g. from the second container 108).
  • the refrigeration system 300 can optionally have an additional valve 418 (for example a throttle valve, a capillary tube, an expansion valve, such as a thermostatic expansion valve, an electronic expansion valve, a manual expansion valve, etc.), which can be set up such that the pressure of the refrigerant is reduced when it flows into the additional valve 418, and which can be arranged downstream relative to the gas outlet of the first container 106 (for example between the gas outlet of the first container 106 and the compressor 312).
  • the additional valve 418 can be in (e.g. fluidic) communication with the gas outlet of the first container 106, for example the additional valve 418 and the gas outlet of the first container 106 can be connected to one another (e.g. by means of a line such as a gas line).
  • the additional valve 418 can thus be used to reduce the pressure of the refrigerant received from the gas outlet of the first container 106 so that it is at the same or a similar pressure level as that of the heat exchanger 100 (e.g. from the second container 108) issued gaseous refrigerants.
  • the additional valve 418 can be set up in such a way that it removes the refrigerant from the gas outlet of the first container 106 at a medium pressure level (for example at a pressure level in a range from approximately 10 bar to approximately 70 bar, for example in a range from approximately 10 bar to about 40 bar, for example in a range from about 40 bar to about 70 bar), and the pressure of the refrigerant is reduced to a low pressure level (e.g. to a pressure level in a range from about 0 bar to about 5 bar).
  • the resulting medium-pressure gas can thus be fed to the suction gas of the compressor 312 via the additional valve 418.
  • the compressor 312 can be set up in such a way that gaseous refrigerant at medium pressure level (for example at a pressure level in a range from approximately 10 bar to approximately 70 bar, for example in a range from approximately 10 bar to approximately 40 bar, for example in a range from approximately 40 bar to approximately 70 bar) can be supplied within the compression process (a so-called intermediate injection).
  • the compressor 312 can be set up in such a way that it receives refrigerant from the gas outlet of the first container 106 (e.g. directly) without the pressure of the refrigerant being reduced.
  • the compressor 312 can have a first inlet and a second inlet, the compressor 312 being configured to receive refrigerant from the second container 108 through the first input (in other words, to draw in) refrigerant from the gas outlet of the first container 106 through the second input to receive.
  • the refrigerant received from the gas outlet of the first container 106 can thus be supplied within the compression process, e.g. after the refrigerant received from the second tank 108 is compressed.
  • the second container 108 can be set up as a solids separator (for example as a cyclone separator).
  • the second Container 108 of the heat exchanger 100 have an expansion below the lowermost channel 102 (for example below the at least one channel 102 or below the lowermost channel 102 of the plurality of channels 102).
  • the second container 108 can extend below the lowermost channel 102.
  • the second container 108 can be set up in such a way that it emits gaseous refrigerant from a gas outlet and that solid refrigerant (eg solid refrigerant components, such as solid particles of refrigerant) accumulates.
  • the second container 108 can be configured to accumulate the solid refrigerant in the extension.
  • the refrigeration system 300 can be set up in such a way that the gaseous refrigerant output by the second container 108 is supplied to the compressor 312. Thus, the suction of solid refrigerant by the compressor 312 can be avoided.
  • the second container 108 can have a second outlet, through which solid refrigerant components (e.g. solid particles of refrigerant) can also be output and provided to the compressor 312.
  • the extension of the second container 108 and the compressor 312 can be in (e.g. fluidic) communication with one another.
  • the second container 108 can be set up in such a way that the solid refrigerant components provided to the compressor 312 are dimensioned in such a way that they can sublime on the way to the compressor 312 and thus do not cause any damage to the compressor 312. It can thus be made possible that refrigerating machine oil which is output by the compressor 312 and which has been circulated in the circuit in the second container 108 (e.g. in the extension of the second container 108) can be fed back to the compressor 312.
  • refrigerating machine oil which is output by the compressor 312 and which has been circulated in the circuit in the second container 108 (e.g. in the extension of the second container 108) can be fed back to the compressor 312.
  • the overheating can be at the bottom of the second container 108 (for example at the bottom of the solids separator). Overheating occurs there only if no solid refrigerant constituents leave the at least one channel 102 (or the channels 102 of the plurality of channels 102).
  • overheating can be determined even though the solid refrigerant leaves the at least one channel 102 because the refrigerant is not in thermal equilibrium.
  • Fig. 5 illustrates a refrigeration system 300 having a heat exchanger 100 in a schematic representation according to various embodiments.
  • the refrigeration system 300 can have a second compressor 520 (e.g. a reciprocating compressor, a screw compressor, a rotary compressor, a centrifugal compressor, a scroll compressor, etc.), so that a two-stage compression of the refrigerant can be implemented.
  • the second compressor 520 may, for example, be arranged downstream relative to the first compressor 312.
  • the heat-emitting heat exchanger 314 can be at the ambient temperature level, which leads to high pressure ratios and compression end temperatures.
  • the second compressor 520 can thus be used to achieve such high pressure ratios.
  • the additional valve 418 can be dispensed with, and the gaseous refrigerant output from the first container 106 (eg from the gas outlet of the first container 106) can be supplied to the second compressor 520 (eg directly).
  • the two-stage compression makes it possible that the pressure of the gaseous refrigerant discharged from the first container 106 (for example from the gas outlet of the first container 106) should not be reduced to a low pressure level. This has the consequence that a higher Efficiency of the process (e.g. the compression process) can be achieved.
  • the refrigeration system 300 can be set up in such a way that the gaseous refrigerant output by the first container 106 (e.g. from the gas outlet of the first container 106) is fed to the second compressor 520 together with the compressed refrigerant output by the compressor 312.
  • the gas outlet of the first container 106 and the second compressor 520 can be in communication with one another, e.g.
  • the gas outlet of the first container 106 and the second compressor 520 can be connected to one another (e.g. by means of a line such as a gas line).
  • the second compressor 520 can be set up to suck in the refrigerant from the first container 106 (e.g. from the gas outlet of the first container 106).
  • control system or the regulating system can be set up to control or regulate the second compressor 520 (e.g. a speed of the second compressor 520).
  • the control system or the regulation system can be set up to control or regulate the second compressor 520 (for example the speed of the second compressor 520) in such a way that the pressure of the refrigerant in the first container 106 increases (or decreases) can be.
  • the overheating of the refrigerant can also be regulated.
  • Fig. 6 illustrates a refrigeration system 300 having a heat exchanger 100 in a schematic representation according to various embodiments.
  • the refrigeration system 300 can have a separator 622 (for example a medium-pressure separator) which is upstream relative to the heat exchanger 100 can be arranged.
  • the separator 622 can be configured to separate gaseous refrigerant from the liquid refrigerant.
  • the refrigeration system 300 can be set up in such a way that the liquid refrigerant output by the separator 622 is fed to the heat exchanger 100.
  • the separator 622 can have a gas outlet and a liquid outlet, and the liquid outlet can be connected to the heat exchanger 100 (e.g. to the first container 106).
  • the heat exchanger 100 e.g. to the first container 106.
  • only liquid or supercritical refrigerant can be supplied to the first container 106.
  • the refrigerant can be supplied or distributed in a more efficient manner.
  • the refrigeration system 300 can be set up in such a way that the gaseous refrigerant output by the separator 622 is fed to the compressor 312.
  • the refrigeration system 300 can have another valve 624 (for example a throttle valve, a capillary tube, an expansion valve, such as a thermostatic expansion valve, an electronic expansion valve, a manual expansion valve, etc.), which can be set up such that the pressure of the Refrigerant is reduced when this flows into the other valve 624, and which can be arranged downstream relative to the gas outlet of the separator 622 and upstream relative to the compressor 312.
  • the other valve 624 can be in (e.g. fluidic) communication with the gas outlet of the separator 622, e.g.
  • the other valve 624 and the gas outlet of the separator 622 can be connected to one another (e.g. by means of a line such as a gas line).
  • the other valve 624 can thus be used to control the pressure of the gas output of the separator 622 To reduce refrigerant so that it is at the same or a similar pressure level as the gaseous refrigerant output by the heat exchanger 100 (for example from the second container 108).
  • the other valve 624 can be set up in such a way that it removes the refrigerant from the gas outlet of the separator 622 at a medium pressure level (for example at a pressure level in a range from approximately 10 bar to approximately 70 bar, for example in a range from approximately 10 bar to approximately 40 bar, for example in a range from approximately 40 bar to approximately 70 bar), and the pressure of the refrigerant is reduced to a low pressure level (eg to a pressure level in a range from approximately 0 bar to approximately 5 bar).
  • the resulting medium-pressure gas can thus be fed to the suction gas of the compressor 312 via the other valve 624.
  • thermo sensors and / or pressure sensors can be provided in order to detect the temperature and / or the pressure of the refrigerant in different areas of the cooling circuit.
  • the detected temperature and / or the detected pressure can be used as feedback parameters in order to control or regulate the operating parameters of the elements of the refrigeration system 300 (e.g. the operating parameters of the valve 316, the other valve 624, the compressor 312, etc.).
  • control system or the regulating system can be set up to control or regulate the valve 316 and / or the other valve 624 based on the detected temperature and / or on the detected pressure.
  • control system or the regulation system may be set up to apply the compressor 312 (eg a speed of the compressor 312) or the second compressor 520 (eg a speed of the second compressor 520) based on the detected temperature and / or on the detected pressure control or regulate.
  • the valve 316 for the subcritical operation can be controlled or regulated according to a predetermined subcooling. When the input pressure resulting therefrom reaches a maximum predetermined subcritical high pressure, the valve 316 should be controlled or regulated according to the predetermined maximum predetermined subcritical high pressure.
  • the other valve 624 can regulate the pressure (e.g. the medium pressure) in the separator 622.
  • An increase in pressure e.g. the mean pressure
  • the control system or the regulating system can be configured to control or regulate the other valve 624 in such a way that the pressure of the refrigerant output by the other valve 624 is increased (or decreased) so that the pressure of the refrigerant in the Separator 622 is increased (or decreased).
  • control system or the regulating system can be set up to control or regulate the other valve 624 such that the pressure of the refrigerant output by the other valve 624 is increased (or decreased) so that the mass flow of the refrigerant in the Separator 622 is increased (or decreased).
  • the maximum pressure (e.g. the maximum mean pressure) is limited by a setpoint high pressure upstream of the valve 316.
  • the minimum pressure (e.g. the minimum mean pressure) is limited by the dependent minimum critical pressure, which should be above the triple pressure of the refrigerant.
  • the other valve 624 can also be controlled or regulated according to the cooling capacity or according to overheating. In transcritical operation, for example, the pressure (e.g. the mean pressure) can be kept at the subcritical pressure level by means of the other valve 624.
  • the overheating can be regulated by changing the volume flow of the compressor 312. For example, an increase in the volume flow of the compressor 312 lowers the sublimation pressure and increases the overheating.
  • the cooling capacity is only slightly increased by the proportion of the additional Overheating increased. Limitations result from the maximum sublimation pressure and the minimum permissible suction pressure.
  • the control system or the regulation system can be set up to control or regulate the compressor 312 (eg the speed of the compressor 312) in such a way that the pressure of the refrigerant (eg in the heat exchanger 100) increases (or decreases) ) can be.
  • the overheating of the refrigerant can thus also be regulated by means of the control or regulation of the compressor 312 (for example the speed of the compressor 312).
  • control system or the regulating system can be set up to control or regulate the other valve 624 in such a way that the pressure (e.g. the mean pressure) in the separator 622 is set to supercritical pressure below or equal to the high pressure (e.g. at a pressure level in a range from approximately 10 bar to approximately 160 bar, for example in a range from approximately 70 bar to approximately 140 bar, for example in a range from approximately 40 bar to approximately 70 bar), so that supercritical refrigerant the heat exchanger 100 (e.g. the throttle point provided by the first section 102-1) and is expanded in the second section 102-2 of the at least one channel 102 of the heat exchanger 100.
  • Such an expansion of the medium pressure range by the supercritical pressure range can enlarge the range of the power control by increasing the critical mass flow in the throttle point (e.g. in the first section 102-1).
  • the refrigeration system 300 can have an internal heat exchanger.
  • the inner heat exchanger can be arranged downstream relative to the liquid outlet of the separator 622, so that subcooling of the liquid refrigerant is made possible. This has the consequence that there is less or no bubble formation due to external heat input in the first container 106, and thus leads to a more stable supply or to a more stable distribution of the refrigerant.
  • Fig. 7 illustrates a refrigeration system 300 having a heat exchanger 100 in a schematic representation, according to various embodiments.
  • the refrigeration system 300 can have the second compressor 520 and the separator 622, which can be set up as shown above.
  • the other valve 624 can be dispensed with and the gaseous refrigerant discharged from the separator 622 (e.g. from the gas outlet of the separator 622) can be supplied to the second compressor 520.
  • the two-stage compression enables the pressure of the gaseous refrigerant discharged from the separator 622 (e.g., from the gas outlet of the separator 622) not to be reduced to a low pressure level.
  • the refrigeration system 300 can be set up in such a way that the gaseous refrigerant output by the separator 622 (e.g. from the gas outlet of the separator 622) is fed to the second compressor 520, for example together with the compressed refrigerant output by the compressor 312.
  • control system or the regulating system can be set up to control or regulate the second compressor 520 (for example a speed of the second compressor 520).
  • the control system or the regulating system can be set up to control or regulate the second compressor 520 (eg the speed of the second compressor 520) in such a way that the pressure of the refrigerant in the separator 622 is increased (or decreased) can.
  • the overheating of the refrigerant can also be regulated.
  • the refrigeration system 300 can, however, also have the other valve 624 in order to provide a further possibility for regulating the pressure in the separator 622.
  • the refrigeration system 300 may have another heat exchanger (not shown) which may be arranged downstream relative to the compressor 312, e.g. between the gas outlet of the separator 622 and the outlet of the compressor 312.
  • the other heat exchanger can be arranged upstream relative to the second compressor 520.
  • the refrigeration system 300 can be set up in such a way that the compressed refrigerant output by the compressor 312 can be cooled by means of the other heat exchanger. Such cooling enables a larger mass flow of refrigerant to flow into the second compressor 520 and that the efficiency of the compression process can be increased.
  • a cooling method for cooling a fluid by means of sublimation of a refrigerant can include providing a refrigerant to a heat exchanger 100.
  • the heat exchanger 100 can be set up as illustrated above and can have at least one channel 102 for conducting refrigerant.
  • the refrigerant provided to the heat exchanger 100 can be in a non-solid (e.g. in a liquid, gaseous, liquid / gaseous, supercritical) physical state.
  • the cooling method can include guiding the refrigerant into the at least one channel 102 of the heat exchanger 100.
  • the at least one channel 102 can have a first section 102-1 and a second section 102-2, wherein the first section 102-1 is upstream relative to the second section 102-2 with respect to a flow direction of the refrigerant in the at least one channel 102 is arranged, wherein the second portion 102-2 has a cross-sectional area which is greater than a cross-sectional area of the first Section 102-1 so that a sublimation of the refrigerant is made possible in the second section 102-2.
  • the cooling method can include guiding the refrigerant into the first section 102-1 of the at least one channel 102 of the heat exchanger 100, wherein the cross-sectional area of the first section 102-1 can be dimensioned such that sublimation of the refrigerant in the first section 102-1 is prevented.
  • the cross-sectional area of the first section 102-1 can be dimensioned such that the refrigerant in the first section 102-1 is in a non-solid (e.g. liquid, gaseous, liquid / gaseous, supercritical, etc.) physical state.
  • a non-solid e.g. liquid, gaseous, liquid / gaseous, supercritical, etc.
  • the cooling method can include guiding the refrigerant into the second section 102 - 2 of the at least one channel 102 of the heat exchanger 100.
  • the cross-sectional area of the second section 102-2 can be dimensioned such that the refrigerant is expanded in an at least partially solid (e.g. solid / gaseous) physical state in the second section 102-2.
  • the cooling method may include providing a heat transfer between the refrigerant flowing into the second section 102-2 and the fluid to be cooled, so that the refrigerant flowing into the second section 102-2 can sublime and the fluid to be cooled can be cooled.
  • the heat exchanger 100 described herein, the cooling system 300 described herein and the cooling method described herein can be used in applications which require deep cooling (for example at a temperature level below -50 ° C.).
  • One possible application is the simulation of climatic conditions, for example for testing equipment and / or components at extremely low temperatures.
  • Another possible application is in medical methods that require such a low temperature.
  • Example 1 is a heat exchanger which can have at least one channel for guiding refrigerant, the at least one channel having a first section and a second section; wherein the first section is arranged with respect to a flow direction of the refrigerant in the at least one channel upstream relative to the second section; wherein the second section has a cross-sectional area which is larger than a cross-sectional area of the first section, so that sublimation of the refrigerant is made possible in the second section.
  • the heat exchanger according to example 1 can optionally also have the at least one channel having multiple tubes (e.g. multiple mini-channels, multiple mini-channel tubes, etc.).
  • the heat exchanger according to example 1 or 2 can optionally also have the heat exchanger set up such that a refrigerant flowing into the at least one channel can be in a heat transfer relationship with a fluid to be cooled.
  • the heat exchanger according to one of examples 1 to 3 can optionally also have the heat exchanger set up such that a refrigerant flowing into the second section can be in a heat transfer relationship with a fluid to be cooled.
  • the heat exchanger according to one of examples 1 to 4 can optionally furthermore have the second section being arranged directly next to the first section.
  • the heat exchanger according to one of examples 1 to 5 can optionally also have the first section being set up in such a way that it provides a throttle point at the inlet of the at least one channel.
  • the heat exchanger according to one of examples 1 to 6 can optionally also have the cross-sectional area of the first section being dimensioned in such a way that there is a drop in the pressure of a refrigerant flowing into the first section.
  • the cross-sectional area of the first section can be dimensioned such that a refrigerant is at a high pressure level in front of the first section (e.g. at a pressure level in a range from approximately 10 bar to approximately 160 bar, for example in a range from approximately 70 bar to approximately 140 bar, for example in a range from about 40 bar to about 70 bar);
  • the refrigerant reaches a critical (sonic) speed, so that the pressure of the refrigerant in the first section is at a lower pressure level (for example at a pressure level in a range from approximately 10 bar to approximately 70 bar, for example in a range from about 10 bar to about 40 bar, for example in a range from about 40 bar to about 70 bar); and after the first section (eg when entering the second section) there is a further expansion of the refrigerant and the pressure of the The refrigerant continues to drop (for example at a pressure level in a range from approximately 0 bar to approximately 5 bar, for example at a sublimation pressure
  • Examples 1 to 7 optionally further have that the
  • Cross-sectional area of the first section is dimensioned such that sublimation of the refrigerant is prevented in the first section.
  • Examples 1 to 8 optionally further have that the
  • the cross-sectional area of the first section is dimensioned such that the refrigerant is or can be in a non-solid (e.g. liquid, gaseous, liquid / gaseous, supercritical, etc.) aggregate state in the first section.
  • a non-solid e.g. liquid, gaseous, liquid / gaseous, supercritical, etc.
  • Examples 1 to 9 optionally further have that the
  • Cross-sectional area of the first section is dimensioned such that the refrigerant is at a pressure level in the first section (e.g. up to the outlet of the first section) which is greater than the pressure level of the
  • Examples 1 to 10 optionally further have that the
  • the cross-sectional area of the first section is dimensioned such that the critical mass flow, which is dependent on the pressure when the first section enters, is achieved through the first section.
  • Examples 1 to 11 optionally further have that the
  • the cross-sectional area of the first section and the cross-sectional area of the second section are dimensioned such that a refrigerant flowing into the at least one channel is at such a pressure level (eg Atmospheric pressure level) is located downstream relative to the first section (for example in the second section) that the sublimation of the refrigerant is made possible.
  • a pressure level eg Atmospheric pressure level
  • Examples 1 to 12 optionally further have that the
  • the cross-sectional area of the first section and the cross-sectional area of the second section are dimensioned such that the refrigerant is expanded into an at least partially solid (e.g. solid / gaseous) physical state in the second section.
  • Examples 1 to 13 optionally further include that the first section has a cross-sectional area in a range from approximately 0.0001 mm 2 to approximately 0.8 mm 2 , for example in a range from approximately 0.001 mm 2 to approximately 0.5 mm 2 , for example in a range of approximately 0.005 mm 2 to about 0.25 mm 2 .
  • Examples 1 to 14 optionally further include that the second section has a cross-sectional area in a range from approximately 0.01 mm 2 to approximately 400 mm 2 , for example in a range from approximately 0.1 mm 2 to approximately 100 mm 2 , for example in a range of approximately 0.5 mm 2 to approximately 50 mm 2 , for example in a range from approximately 1 mm 2 to approximately 20 mm 2 .
  • Examples 1 to 15 optionally further have that the
  • the cross-sectional area of the first section and the cross-sectional area of the second section are dimensioned such that the refrigerant is at a pressure level in a range from approximately 0 bar to approximately 5 bar in the second section.
  • the heat exchanger according to one of examples 1 to 16 can optionally furthermore have that the refrigerant contains carbon dioxide.
  • the heat exchanger according to one of examples 1 to 17 can optionally furthermore have that the refrigerant comprises a hydrocarbon-based refrigerant.
  • the refrigerant can have HFC and / or HCFC and / or HFO and / or R170 and / or R290 and / or R600 etc.
  • the heat exchanger according to one of examples 1 to 18 can optionally furthermore have that the refrigerant has a mixture of a plurality of mutually different refrigerants.
  • the heat exchanger according to one of examples 1 to 19 can optionally also have a first container (e.g. a distributor container) which is set up to supply the refrigerant to the at least one channel.
  • a first container e.g. a distributor container
  • the first container can be set up to distribute the refrigerant to the multiple tubes (e.g. to the multiple mini-channels) of the at least one channel (e.g. evenly).
  • the heat exchanger according to example 20 can optionally also have the first container set up in such a way that a refrigerant flowing into the first container is at a pressure level which is above the pressure level of the triple point of the refrigerant.
  • the heat exchanger according to example 20 or 21 can optionally further have that the first container is set up in such a way that the refrigerant is at a medium pressure level or high pressure level (eg at a Pressure level in a range from approximately 10 bar to approximately 160 bar, for example in a range from approximately 70 bar to approximately 140 bar, for example in a range from approximately 40 bar to approximately 70 bar, for example in a range from approximately 10 bar to approximately 40 bar, etc.) is located in the first container.
  • a medium pressure level or high pressure level eg at a Pressure level in a range from approximately 10 bar to approximately 160 bar, for example in a range from approximately 70 bar to approximately 140 bar, for example in a range from approximately 40 bar to approximately 70 bar, for example in a range from approximately 10 bar to approximately 40 bar, etc.
  • the heat exchanger according to one of examples 20 to 22 can optionally also have the first container set up such that a refrigerant flowing into the first container is converted into a non-solid (e.g. liquid, gaseous, liquid / gaseous, supercritical, etc.) physical state.
  • a refrigerant flowing into the first container is converted into a non-solid (e.g. liquid, gaseous, liquid / gaseous, supercritical, etc.) physical state.
  • the heat exchanger according to one of examples 20 to 23 can optionally also have the first container set up as a separator (e.g. as a medium-pressure separator).
  • a separator e.g. as a medium-pressure separator
  • the first container can be set up to supply the liquid refrigerant to the at least one channel and to output the gaseous refrigerant from a gas outlet.
  • the heat exchanger according to one of examples 1 to 24 can optionally also have a second container (e.g. a collecting container) which is set up to receive the refrigerant discharged from the at least one channel.
  • a second container e.g. a collecting container
  • the heat exchanger according to example 25 can optionally also have the second container set up as a solids separator (e.g. as a cyclone separator).
  • a solids separator e.g. as a cyclone separator
  • the second container can be set up in such a way that it emits gaseous refrigerant from a first outlet and collects solid refrigerant (for example solid refrigerant components, such as solid particles of refrigerant).
  • solid refrigerant for example solid refrigerant components, such as solid particles of refrigerant.
  • Examples 1 to 26 optionally further comprise that the first
  • Section has a circular or an elliptical cross section.
  • Examples 1 to 26 optionally further comprise that the first
  • Section has a square or a rectangular or a polygonal cross section.
  • Examples 1 to 28 optionally further have that the
  • At least one channel in which at least one channel (eg a height, a width, a diameter, an edge length, etc.) in a range from approximately 0.01 mm to approximately 0.5 mm, for example in a range of approximately 0.01 mm to approximately 0.2 mm, for example in a range from approximately 0.02 mm to approximately 0.1 mm, for example in a range from approximately 0.02 mm to approximately 0.05 mm.
  • the size of the cross section of the first section can be smaller than 0.1 mm.
  • Examples 1 to 29 optionally further include that the second section has a circular or elliptical cross section.
  • Examples 1 to 29 optionally further include that the second section has a square or a rectangular or a polygonal cross section.
  • the heat exchanger according to one of examples 1 to 31 can optionally furthermore have that the cross section of the second section has a size along a Direction perpendicular to the flow direction of the refrigerant in the at least one channel (eg a height, a width, a diameter, an edge length, etc.) in a range from approximately 0.1 mm to approximately 20 mm, for example from approximately 0.5 mm to approximately 10 mm, from about 1 mm to about 5 mm.
  • the heat exchanger according to one of examples 1 to 32 can optionally further include that the cross-sectional area of the first section is provided (in other words, reduced) by upsetting the at least one channel.
  • the heat exchanger according to one of examples 1 to 33 can optionally further include that the at least one channel has a narrowing element (eg a sleeve, a perforated disk, a perforated plate, a cap, etc.) which is arranged in the first section so that the cross-sectional area of the first section is reduced.
  • a narrowing element eg a sleeve, a perforated disk, a perforated plate, a cap, etc.
  • the heat exchanger according to one of examples 1 to 33 can optionally further include that a narrowing element is arranged (e.g. fastened, such as soldered, etc.) at the inlet of the at least one channel.
  • a narrowing element is arranged (e.g. fastened, such as soldered, etc.) at the inlet of the at least one channel.
  • the narrowing element can serve as the first section of the at least one channel and the at least one channel can serve as the second section of the at least one channel.
  • Example 36 is a heat exchanger having at least one channel for guiding refrigerant, and at least one constricting element which is arranged upstream relative to the at least one channel, wherein the at least one channel has a cross-sectional area which is greater than a cross-sectional area (e.g. an inner cross-sectional area ) of the at least one narrowing element, so that a Sublimation of the refrigerant in which at least one channel is made possible.
  • a cross-sectional area e.g. an inner cross-sectional area
  • the heat exchanger according to example 36 can optionally further include that the at least one constricting element is arranged (e.g. fastened, such as soldered, etc.) at the inlet of the at least one channel.
  • the at least one constricting element is arranged (e.g. fastened, such as soldered, etc.) at the inlet of the at least one channel.
  • Example 38 is a refrigeration system having a heat exchanger according to one of Examples 1 to 37.
  • the refrigeration system can optionally have a control system or a control system with a control loop.
  • the control system or the regulation system can be set up to control the component of the refrigeration system or to regulate the operating conditions of the component of the refrigeration system.
  • the refrigeration system can optionally have a compressor which is arranged downstream relative to the heat exchanger.
  • the refrigeration system can optionally have a heat-emitting heat exchanger.
  • the heat-emitting heat exchanger can be arranged downstream relative to the compressor.
  • the heat-emitting heat exchanger can be arranged upstream relative to the heat exchanger (e.g. relative to the first container of the heat exchanger).
  • the refrigeration system according to example 38 can optionally also have the control system or the regulation system being set up to control or regulate the compressor (e.g. the speed of the compressor) in such a way that the pressure of the refrigerant (e.g. in the heat exchanger ) can be increased (or decreased).
  • control system or the regulation system being set up to control or regulate the compressor (e.g. the speed of the compressor) in such a way that the pressure of the refrigerant (e.g. in the heat exchanger ) can be increased (or decreased).
  • the refrigeration system according to example 38 or 39 can optionally further comprise that the control system or the Control system is set up to control or regulate the heat-emitting heat exchanger in such a way that the pressure of the refrigerant output by the heat-emitting heat exchanger is increased (or decreased) so that the mass flow of the refrigerant in the first container is increased (or decreased) .
  • the refrigeration system according to one of examples 38 to 40 can optionally also have the control system or the regulating system being set up to control or regulate the heat-emitting heat exchanger in such a way that the pressure of the refrigerant output by the heat-emitting heat exchanger increases ( or decreased), so that the overheating of the refrigerant is decreased (or increased).
  • the refrigeration system according to one of examples 38 to 41 can optionally have a valve (e.g. a throttle valve, a capillary tube, an expansion valve, such as a thermostatic expansion valve, an electronic expansion valve, a manual expansion valve, etc.).
  • a valve e.g. a throttle valve, a capillary tube, an expansion valve, such as a thermostatic expansion valve, an electronic expansion valve, a manual expansion valve, etc.
  • the valve can be set up in such a way that the pressure of the refrigerant is reduced when it flows into the valve.
  • valve can be arranged downstream relative to the heat-emitting heat exchanger and upstream relative to the heat exchanger (e.g. between the heat-emitting heat exchanger and the heat exchanger).
  • the refrigeration system according to example 42 can optionally further have that the control system or the regulating system is set up to control or regulate the valve in such a way that the pressure of the refrigerant output by the valve is increased (or decreased), that the mass flow of the refrigerant in the heat exchanger (for example in the first container) is increased (or decreased).
  • the refrigeration system according to one of examples 38 to 43 can optionally also have the first container of the heat exchanger as a separator (eg as a Medium-pressure separator) is set up, and that the refrigeration system is set up so that the gaseous refrigerant discharged from the first container is fed to the compressor.
  • a separator eg as a Medium-pressure separator
  • the refrigeration system according to example 44 can optionally also have an additional valve (e.g. a throttle valve, a capillary tube, an expansion valve, such as a thermostatic expansion valve, an electronic expansion valve, a manual expansion valve, etc.).
  • the additional valve can be set up in such a way that the pressure of the refrigerant is reduced when it flows into the additional valve.
  • the additional valve can be arranged downstream relative to a gas outlet of the first container (e.g. between the gas outlet of the first container and the compressor).
  • the refrigeration system according to one of examples 38 to 45 can optionally further include that the second container of the heat exchanger is set up as a solids separator. For example, overheating of the refrigerant at the bottom of the second container can be detected.
  • the refrigeration system according to one of examples 38 to 46 can optionally also have a second compressor (e.g. a reciprocating compressor, a screw compressor, a rotary compressor, a centrifugal compressor, a scroll compressor, etc.).
  • the second compressor can for example be arranged downstream relative to the compressor.
  • the refrigeration system can be set up in such a way that the gaseous refrigerant output by the first container (for example from the gas outlet of the first container) is fed to the second compressor together with the compressed refrigerant output by the compressor.
  • the refrigeration system according to example 47 can optionally further include that the control system or the regulation system is set up to control or regulate the second compressor (eg a speed of the additional compressor) in such a way that the pressure of the refrigerant in the first container is increased (or decreased).
  • the refrigeration system according to one of examples 38 to 48 can optionally also have a separator (e.g. a medium-pressure separator).
  • the separator can be set up to separate gaseous refrigerant from the liquid refrigerant.
  • the separator can be arranged upstream relative to the heat exchanger.
  • the refrigeration system can be set up in such a way that the gaseous refrigerant output by the separator is fed to the compressor and / or the second compressor.
  • the refrigeration system according to example 49 can optionally also have another valve (e.g. a throttle valve, a capillary tube, an expansion valve, such as a thermostatic expansion valve, an electronic expansion valve, a manual expansion valve, etc.).
  • the other valve can be set up in such a way that the pressure of the refrigerant is reduced when it flows into the other valve.
  • the other valve can be arranged downstream relative to a gas outlet of the separator.
  • the refrigeration system according to example 50 can optionally further include that the control system or the regulating system is set up to control or regulate the other valve in such a way that the pressure of the refrigerant output by the other valve increases (or decreases) so that the pressure of the refrigerant in the separator is increased (or decreased).
  • the refrigeration system according to example 50 or 51 can optionally further include that the control system or the regulating system is set up to control or regulate the other valve in such a way that the pressure of the other Valve dispensed refrigerant is increased (or decreased), so that the mass flow of the refrigerant in the separator is increased (or decreased).
  • the refrigeration system according to one of examples 50 to 52 can optionally further have that the control system or the regulating system is set up to control or regulate the other valve in such a way that the pressure (eg the mean pressure) in the separator is set to supercritical Pressure below or equal to the high pressure (for example to a pressure level in a range from about 10 bar to about 160 bar, for example from about 70 bar to about 140 bar, for example from about 40 bar to about 70 bar) is increased.
  • the control system or the regulating system is set up to control or regulate the other valve in such a way that the pressure (eg the mean pressure) in the separator is set to supercritical Pressure below or equal to the high pressure (for example to a pressure level in a range from about 10 bar to about 160 bar, for example from about 70 bar to about 140 bar, for example from about 40 bar to about 70 bar) is increased.
  • the refrigeration system according to example 47 or 48 and according to one of examples 49 to 53 can optionally further include that the control system or the regulation system is set up to control or close the second compressor (eg the speed of the second compressor) in this way regulate that the pressure of the refrigerant in the separator is increased (or decreased).
  • the control system or the regulation system is set up to control or close the second compressor (eg the speed of the second compressor) in this way regulate that the pressure of the refrigerant in the separator is increased (or decreased).
  • Example 55 is a cooling method for cooling a fluid by means of sublimation of a refrigerant, which comprises the following: providing a refrigerant to a heat exchanger, the heat exchanger having at least one channel for guiding refrigerant; Guiding the refrigerant into the at least one channel, the at least one channel having a first section and a second section, the first section being arranged upstream relative to the second section with respect to a flow direction of the refrigerant in the at least one channel, the the second section has a cross-sectional area which is larger than a cross-sectional area of the first section so that sublimation of the refrigerant is made possible in the second section; Providing a heat transfer between the refrigerant flowing into the second section and the fluid to be cooled, so that the sublimate refrigerant flowing into the second section and the fluid to be cooled can be cooled.
  • the cooling method according to example 55 can optionally further include that the refrigerant provided to the heat exchanger is in a non-solid (e.g. liquid, gaseous, liquid / gaseous, supercritical, etc.) physical state.
  • a non-solid e.g. liquid, gaseous, liquid / gaseous, supercritical, etc.
  • the cooling method according to example 55 or 56 can optionally further include guiding the refrigerant into a first section of the at least one channel of the heat exchanger, the cross-sectional area of the first section being dimensioned such that sublimation of the refrigerant in the first section is prevented .
  • the cooling method according to one of examples 55 to 57 can optionally further include guiding the refrigerant into a second section of the at least one channel of the heat exchanger.
  • the cooling method according to one of examples 55 to 58 can optionally further include that the at least one channel has multiple tubes (e.g. multiple mini-channels, multiple mini-channel tubes).
  • the cooling method according to one of examples 55 to 59 can optionally further include that the heat exchanger is set up such that a refrigerant flowing into the at least one channel can be in a heat transfer relationship with a fluid to be cooled.
  • the cooling method according to one of examples 55 to 60 can optionally further include that the heat exchanger is set up such that a refrigerant flowing into the second section can be in a heat transfer relationship with a fluid to be cooled.
  • the cooling method according to one of examples 55 to 61 can optionally further comprise that the second section is arranged directly next to the first section.
  • the cooling method according to one of examples 55 to 62 can optionally further include that the first section is set up in such a way that it provides a throttle point at the inlet of the at least one channel.
  • the cooling method according to one of examples 55 to 63 can optionally further include that the cross-sectional area of the first section is dimensioned such that the pressure of a refrigerant flowing into the first section drops.
  • the cross-sectional area of the first section can be dimensioned such that a refrigerant is at a high pressure level in front of the first section (e.g. at a pressure level in a range from approximately 10 bar to approximately 160 bar, for example in a range from approximately 70 bar to approximately 140 bar, for example in a range from about 40 bar to about 70 bar);
  • the refrigerant reaches a critical (sonic) speed, so that the pressure of the refrigerant in the first section is at a lower pressure level (for example at a pressure level in a range from approximately 10 bar to approximately 70 bar, for example in a range from about 10 bar to about 40 bar, for example in a range from about 40 bar to about 70 bar); and after the first section (e.g.
  • the pressure of the refrigerant falls further (e.g. at a pressure level in a range from approximately 0 bar to approximately 5 bar, e.g. at a sublimation pressure level) .
  • the cooling method according to one of examples 55 to 64 can optionally further comprise that the Cross-sectional area of the first section is dimensioned such that sublimation of the refrigerant is prevented in the first section.
  • the cooling method according to one of examples 55 to 65 can optionally further include that the cross-sectional area of the first section is dimensioned such that the refrigerant in the first section is in a non-solid (e.g. liquid, gaseous, liquid / gaseous, supercritical) , etc.) physical state is or can be.
  • a non-solid e.g. liquid, gaseous, liquid / gaseous, supercritical
  • the cooling method according to one of examples 55 to 66 can optionally further include that the cross-sectional area of the first section is dimensioned such that the refrigerant is at a pressure level in the first section (eg up to the exit of the first section) which is greater than the pressure level of the triple point of the refrigerant.
  • the cooling method according to one of examples 55 to 67 can optionally further include that the cross-sectional area of the first section is dimensioned such that the critical mass flow, which is dependent on the pressure at the entry of the first section, is achieved through the first section.
  • the cooling method according to one of examples 55 to 68 can optionally further include that the cross-sectional area of the first section and the cross-sectional area of the second section are dimensioned such that a refrigerant flowing into the at least one channel is at such a pressure level (e.g. Atmospheric pressure level) is located downstream relative to the first section (for example in the second section) that the sublimation of the refrigerant is made possible.
  • a pressure level e.g. Atmospheric pressure level
  • the cooling method according to one of examples 55 to 69 can optionally further comprise that the The cross-sectional area of the first section and the cross-sectional area of the second section are dimensioned such that the refrigerant is expanded into an at least partially solid (eg solid / gaseous) physical state in the second section.
  • the cooling method according to one of examples 55 to 70 can optionally further comprise that the first section has a cross-sectional area in a range from approximately 0.0001 mm 2 to approximately 0.8 mm 2 , for example in a range from approximately 0.001 mm 2 to approximately 0.5 mm 2 , for example in a range from approximately 0.005 mm 2 to approximately 0.25 mm 2 .
  • the cooling method according to one of examples 55 to 71 can optionally further include that the second section has a cross-sectional area in a range from approximately 0.01 mm 2 to approximately 400 mm 2 , for example in a range from approximately 0.1 mm 2 to approximately 100 mm 2 , for example in a range from approximately 0.5 mm 2 to approximately 50 mm 2 , for example in a range from approximately 1 mm 2 to approximately 20 mm 2 .
  • the cooling method according to one of examples 55 to 72 can optionally further include that the cross-sectional area of the first section and the cross-sectional area of the second section are dimensioned such that the refrigerant is at a pressure level in a range from approximately 0 bar to approximately 5 bar is located in the second section.
  • the cooling method according to any one of examples 55 to 73 can optionally further include that the refrigerant comprises carbon dioxide.
  • cooling method according to any one of examples 55 to 74 can optionally further comprise that the
  • Refrigerant comprises a hydrocarbon-based refrigerant.
  • the refrigerant can have HFC and / or HCFC and / or HFO and / or R170 and / or R290 and / or R600 etc.
  • the cooling method according to one of examples 55 to 75 can optionally further include that the refrigerant comprises a mixture of a plurality of mutually different refrigerants.
  • the cooling method according to one of examples 55 to 76 can optionally further comprise a first container (e.g. a distributor container) which is set up to supply the refrigerant to the at least one channel.
  • a first container e.g. a distributor container
  • the first container can be set up to deliver the refrigerant to the multiple tubes (e.g. to the multiple tubes).
  • Mini-channels of the at least one channel (e.g. evenly) if the at least one channel has several pipes.
  • the cooling method according to example 77 can optionally further include that the first container is set up in such a way that a refrigerant flowing into the first container is at a pressure level which is above the pressure level of the triple point of the refrigerant.
  • the cooling method according to example 77 or 78 can optionally further include that the first container is set up in such a way that the refrigerant is at a medium pressure level or high pressure level (e.g. at a pressure level in a range from approximately 10 bar to approximately
  • the cooling method according to one of examples 77 to 79 can optionally further include that the first container is set up such that a refrigerant flowing into the first container is converted into a non-solid (e.g. liquid, gaseous, liquid / gaseous, supercritical, etc.) physical state.
  • a refrigerant flowing into the first container is converted into a non-solid (e.g. liquid, gaseous, liquid / gaseous, supercritical, etc.) physical state.
  • the cooling method according to one of examples 77 to 80 can optionally further include that the first container is set up as a separator (e.g. as a medium-pressure separator).
  • a separator e.g. as a medium-pressure separator
  • the first container can be set up to supply the liquid refrigerant to the at least one channel and to output the gaseous refrigerant from a gas outlet.
  • the cooling method according to one of examples 55 to 81 can optionally further comprise a second container (e.g. a collecting container) which is configured to receive the refrigerant discharged from the at least one channel.
  • a second container e.g. a collecting container
  • the cooling method according to example 82 can optionally further include that the second container is set up as a solids separator (e.g. as a cyclone separator).
  • the second container is set up as a solids separator (e.g. as a cyclone separator).
  • the second container can be set up in such a way that it emits gaseous refrigerant from a first outlet and collects solid refrigerant (e.g. solid refrigerant components, such as solid particles of refrigerant).
  • solid refrigerant e.g. solid refrigerant components, such as solid particles of refrigerant.
  • the cooling method according to one of examples 55 to 83 can optionally further comprise that the first section has a circular or an elliptical cross section.
  • the cooling method according to one of examples 55 to 83 can optionally further include that the first section has a square or a rectangular or a polygonal cross section.
  • the cooling method according to one of examples 55 to 85 can optionally further include that the cross section of the first section has a size along a direction perpendicular to the flow direction of the refrigerant in the at least one channel (e.g. a height, a width, a diameter, an edge length, etc.) in a range from approximately 0.01 mm to approximately 0.5 mm, for example in a range from approximately 0.01 mm to approximately 0.2 mm, for example in a range from approximately 0.02 mm to approximately 0.1 mm, for example in a range of about 0.02 mm to about 0.05 mm.
  • the cross section of the first section has a size along a direction perpendicular to the flow direction of the refrigerant in the at least one channel (e.g. a height, a width, a diameter, an edge length, etc.) in a range from approximately 0.01 mm to approximately 0.5 mm, for example in a range from approximately 0.01 mm to approximately 0.2 mm, for example in a range from
  • the size of the cross section of the first section can be smaller than 0.1 mm.
  • the cooling method according to any one of examples 55 to 86 can optionally further include that the second portion has a circular or elliptical cross section.
  • the cooling method according to one of examples 55 to 86 can optionally further comprise that the second section has a square or a rectangular or a polygonal cross section.
  • the cooling method according to one of examples 55 to 88 can optionally further comprise that the cross section of the second section has a size along a direction perpendicular to the flow direction of the refrigerant in the at least one channel (e.g. a height, a width, a diameter, an edge length, etc.) in a range from approximately 0.1 mm to approximately 20 mm, for example from approximately 0.5 mm to approximately 10 mm, from approximately 1 mm to approximately 5 mm.
  • Examples 55 to 89 optionally further comprise that the
  • Cross-sectional area of the first section is provided (in other words, reduced) by upsetting the at least one channel.
  • Example 91 the cooling method according to any one of
  • Examples 55 to 90 optionally further include that the at least one channel has a narrowing element (eg a sleeve, a perforated disk, a perforated plate, a cap, etc.) which is arranged in the first section, so that the cross-sectional area of the first section is reduced.
  • a narrowing element eg a sleeve, a perforated disk, a perforated plate, a cap, etc.
  • Examples 55 to 90 optionally further comprise that a constricting element is arranged (e.g. fastened, such as soldered, etc.) at the entry of the at least one channel.
  • a constricting element is arranged (e.g. fastened, such as soldered, etc.) at the entry of the at least one channel.
  • the narrowing element can serve as the first section of the at least one channel and the at least one channel can serve as the second section of the at least one channel.

Abstract

Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Wärmeübertrager (100) mindestens einen Kanal (102) zum Führen von Kältemittel aufweisen, wobei der mindestens eine Kanal (102) einen ersten Abschnitt (102-1) und einen zweiten Abschnitt (102-2) aufweist; wobei der erste Abschnitt (102-1) in Bezug auf eine Strömungsrichtung des Kältemittels in dem mindestens einen Kanal (102) stromaufwärts relativ zu dem zweiten Abschnitt (102-2) angeordnet ist; wobei der zweite Abschnitt (102-2) eine Querschnittsfläche aufweist, welche größer ist als eine Querschnittsfläche des ersten Abschnitts (102-1), so dass eine Sublimation des Kältemittels in dem zweiten Abschnitt (102-2) ermöglicht wird.

Description

Beschreibung
Wärmeübertrager und Kühlungsverfahren
Verschiedene Ausführungsbeispiele betreffen einen Wärmeübertrager und ein Kühlungsverfahren.
Zum Erreichen von einer Kühlungstemperatur unterhalb von -50 °C wird beispielsweise ein fluoriertes Kältemittel (z.B. R14, R23, etc.) bei einer Kälteanlage verwendet, um einen solchen Kühlungseffekt mittels Verdampfung des Kältemittels zu erzeugen. Solche fluorierten Kältemittel stellen ein Problem für den Umweltschutz dar, beispielsweise aufgrund ihres erhöhten Treibhauspotentials (auf Englisch „Global Warming Potential", GWP) . Sublimation von Kohlenstoffdioxid (CO2) ist eine umweltfreundliche Alternative für das Kühlen bei niedrigen Temperaturen (z.B. bei Temperaturen von unter -20°C, von unter -35°C, von unter -50°C, etc.), weil CO2 ein natürliches Kältemittel ist, mit geringem GWP (z.B. das GWP von CO2 ist vernachlässigbar im Vergleich zu fluorierten Kältemitteln bei Anwendungen in einem niedrigen Temperaturbereich) , nicht brennbar und nicht giftig. Es ist jedoch herausfordernd, geeignete Betriebsbedingungen (z.B. Druck, Temperatur, etc.) innerhalb einer Kälteanlage aufrecht zu erhalten, um ein ähnliches Temperaturniveau mittels Sublimation von CO2 zu erreichen wie mittels Verdampfung eines fluorierten Kältemittels, da der Wärmeübergang bei Sublimation geringer als bei Verdampfung ist. Ferner kann das feste zu sublimierende Kältemittel (z.B. feste Partikel von Kältemittel) zu einer Verblockung der Kälteanlage führen.
Verschiedene Ausführungsformen betreffen einen Wärmeübertrager. Die Anwendung des hierin beschriebenen Wärmeübertragers in einer Kälteanlage (z.B. in einem Kühlungssystem) ermöglicht, dass die Kälteanlage auch für ein Sublimation-basiertes Kühlungsverfahren, und somit zur Kühlung auf einem Temperaturniveau von unter -50 °C, verwendet werden kann. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Wärmeübertrager aufweisen mindestens einen Kanal zum Führen von Kältemittel, wobei der mindestens eine Kanal einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt aufweist, wobei der erste Abschnitt in Bezug auf eine Strömungsrichtung des Kältemittels in dem mindestens einen Kanal stromaufwärts relativ zu dem zweiten Abschnitt angeordnet ist, wobei der zweite Abschnitt eine Querschnittsfläche aufweist, welche größer ist als eine Querschnittsfläche des ersten Abschnitts, so dass eine Sublimation des Kältemittels in dem zweiten Abschnitt ermöglicht wird.
In verschiedenen Aspekten kann der erste Abschnitt zur Verteilung und Expansion des Kältemittels (z.B. des flüssigen Kältemittels, beispielsweise oberhalb des Tripelpunkts) dienen. Der Kanal kann derart eingerichtet sein, dass keine Wärmeübertragung (von dem Kältemittel) in dem ersten Abschnitt stattfindet (oder stattfinden kann) . In verschiedenen Aspekten kann der Kanal derart eingerichtet sein, dass die Wärmeübertragung (erst nur) in dem zweiten Abschnitt stattfindet. In dem zweiten Abschnitt befindet sich das feste Kältemittel (unterhalb Tripelpunkt) und kann die Wärmeübertragung stattfinden. Anschaulich kann der Kanal derart eingerichtet sein, dass das Kältemittel sich bei unterschiedlichem Druck und Zustand in den zwei Abschnitten befindet .
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Kühlungsverfahren zum Kühlen eines Fluids mittels Sublimation eines Kältemittels das Folgende aufweisen: Bereitstellen eines Kältemittels zu einem Wärmeübertrager, wobei der Wärmeübertrager mindestens einen Kanal zum Führen von Kältemittel aufweist; Führen des Kältemittels in den mindestens einen Kanal, wobei der mindestens eine Kanal einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt aufweist, wobei der erste Abschnitt in Bezug auf eine Strömungsrichtung des Kältemittels in dem mindestens einen Kanal stromaufwärts relativ zu dem zweiten Abschnitt angeordnet ist, wobei der zweite Abschnitt eine Querschnittsfläche aufweist, welche größer ist als eine Querschnittsfläche des ersten Abschnitts, so dass eine Sublimation des Kältemittels in dem zweiten Abschnitt ermöglicht wird; Bereitstellen einer Wärmeübertragung zwischen dem in den zweiten Abschnitt fließenden Kältemittel und dem zu kühlenden Fluid, so dass das in den zweiten Abschnitt fließende Kältemittel sublimieren und das zu kühlende Fluid gekühlt werden kann.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert.
Es zeigen
Figur 1 einen Wärmeübertrager in einer schematischen
Darstellung gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
Figur 2A, Figur 2B, Figur 2C, Figur 2D, Figur 2E und Figur 2F jeweils einen Teil eines Kanals eines Wärmeübertragers in einer schematischen Darstellung gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
Figur 2G einen Behälter und einen Kanal eines Wärmeübertragers in einer schematischen Darstellung gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
Figur 3 eine Kälteanlage aufweisend einen Wärmeübertrager in
einer schematischen Darstellung gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
Figur 4 eine Kälteanlage aufweisend einen Wärmeübertrager in
einer schematischen Darstellung gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
Figur 5 eine Kälteanlage aufweisend einen Wärmeübertrager in
einer schematischen Darstellung gemäß verschiedenen Ausführungsformen; Figur 6 eine Kälteanlage aufweisend einen Wärmeübertrager in einer schematischen Darstellung gemäß verschiedenen Ausführungsformen; und
Figur 7 eine Kälteanlage aufweisend einen Wärmeübertrager in
einer schematischen Darstellung gemäß verschiedenen Ausführungsformen .
In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die Teil dieser bilden und in denen zur Veranschaulichung spezifische
Ausführungsformen gezeigt sind, in denen die Erfindung ausgeübt werden kann. In dieser Hinsicht wird Richtungsterminologie wie etwa „oben", „unten", „vorne", „hinten", „vorderes", „hinteres", usw. mit Bezug auf die Orientierung der beschriebenen Figur (en) verwendet. Da Komponenten von Ausführungsformen in einer Anzahl verschiedener Orientierungen positioniert werden können, dient die Richtungsterminologie zur Veranschaulichung und ist auf keinerlei Weise einschränkend. Es versteht sich, dass andere Ausführungsformen benutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Es versteht sich, dass die Merkmale der hierin beschriebenen verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen miteinander kombiniert werden können, sofern nicht spezifisch anders angegeben. Die folgende ausführliche Beschreibung ist deshalb nicht in einschränkendem Sinne aufzufassen, und der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung wird durch die angefügten Ansprüche definiert.
Im Rahmen dieser Beschreibung werden die Begriffe "verbunden", "angeschlossen" sowie "gekoppelt" verwendet zum Beschreiben sowohl einer direkten als auch einer indirekten Verbindung, eines direkten oder indirekten Anschlusses sowie einer direkten oder indirekten Kopplung. In den Figuren werden identische oder ähnliche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen, soweit dies zweckmäßig ist. Im Rahmen dieser Beschreibung wird im Sinne der Kürze der Begriff "mindestens ein(e)" verwendet, welcher bedeuten kann: eins, genau eins, mehrere (z.B. genau zwei, oder mehr als zwei), viele (z.B. genau drei oder mehr als drei), etc. Dabei muss in der Bedeutung "mehrere" nicht unbedingt bedeuten, dass es mehrere identische Elemente gibt, sondern im Wesentlichen funktional gleiche Elemente.
Im Rahmen dieser Beschreibung wird der Begriff "Kanal" verwendet zum Beschreiben sowohl eines Kanals, welcher von einem einzelnen Rohr (z.B. von einem einzelnen Minikanal) gebildet ist, als auch eines Kanals, welcher von einer Mehrzahl von Rohren (z.B. von einer Mehrzahl von Minikanälen) gebildet ist. Beispielsweise kann ein Kanal von einem einzelnen Rohr gebildet sein, und eine Mehrzahl von Kanälen kann von einer Mehrzahl von einzelnen Rohren gebildet sein, welche beispielsweise parallel zueinander angeordnet sind. Beispielsweise kann ein Kanal durch eine Platte gebildet werden, wie beispielsweise eine flache Metallplatte (z.B. aus Aluminium), in welcher eine Mehrzahl von Rohren (z.B. eine Mehrzahl von Minikanälen) ausgebildet wird, beispielsweise durch Einbringen einer Vielzahl von Öffnungen entlang einer Länge der Platte. Beispielsweise kann eine Mehrzahl von Kanälen eine Mehrzahl von Platten aufweisen, welche parallel zueinander angeordnet sein können, und in welcher jeweils eine Mehrzahl von Rohren (z.B. eine Mehrzahl von Minikanälen) ausgebildet ist .
Im Rahmen dieser Beschreibung wird der Begriff "Minikanal" verwendet zum Beschreiben eines Kanals, welcher einen Querschnitt aufweist, welcher von Hunderten von Mikrometern bis zu einigen Millimetern reicht. Beispielsweise kann der Querschnitt eines Minikanals eine Größe entlang einer Richtung senkrecht zu einer Strömungsrichtung eines Fluids in dem Kanal (z.B. eine Höhe, eine Breite, einen Durchmesser, eine Kantenlänge, etc.) aufweisen, welche in einem Bereich von ungefähr 100 gm bis ungefähr 20 mm ist, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 200 gm bis ungefähr 15 mm, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 500 pm bis ungefähr 10 mm, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 1 mm bis ungefähr 5 mm, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 100 pm bis ungefähr 1,5 mm. Diese Bereiche können sich beispielsweise auf einen Abschnitt des Kanals beziehen, in dem eine Wärmeübertragung zwischen einem in dem Kanal strömenden Fluid (z.B. einem in dem Kanal strömenden Kältemittel) und einem anderen (z.B. zu kühlenden) Fluid geschieht. Beispielsweise kann ein Minikanal von einer Mehrzahl von Rohren gebildet sein, welche jeweils einen Querschnitt in einem der oben dargestellten Bereiche aufweisen.
In dieser Beschreibung wird der Begriff "stromaufwärts" verwendet zum Beschreiben der relativen Anordnung eines oder mehrerer Elemente in Bezug auf eine Strömungsrichtung eines Fluids (z.B. eines Kältemittels) . Beispielsweise kann der Begriff "stromaufwärts relativ zu einem Element" eine Stelle beschreiben, welche vor dem Element (z.B. vor einem Eintritt des Elements) angeordnet ist, so dass das Fluid zunächst durch diese Stelle und danach in das Element strömt. Beispielsweise kann ein erstes Element stromaufwärts relativ zu einem zweiten Element angeordnet sein, so dass das Fluid zunächst in das erste Element und danach in das zweite Element strömt. Es versteht sich, dass der Begriff "stromaufwärts" nicht notwendigerweise bedeutet, dass das erste Element und das zweite Element direkt nebeneinander angeordnet sind, sondern es können auch andere Elemente zwischen dem ersten Element und dem zweiten Element entlang der Strömungsrichtung angeordnet sein.
In dieser Beschreibung wird der Begriff "stromabwärts" verwendet zum Beschreiben der relativen Anordnung eines oder mehrerer Elemente in Bezug auf eine Strömungsrichtung eines Fluids (z.B. eines Kältemittels) . Beispielsweise kann der Begriff "stromabwärts relativ zu einem Element" eine Stelle beschreiben, welche nach dem Element (z.B. nach einem Austritt des Elements) angeordnet ist, so dass das Fluid zunächst in das Element und danach durch diese Stelle strömt. Beispielsweise kann ein erstes Element stromabwärts relativ zu einem zweiten Element angeordnet sein, so dass das Fluid zunächst in das zweite Element und danach in das erste Element strömt. Es versteht sich, dass der Begriff "stromabwärts" nicht notwendigerweise bedeutet, dass das erste Element und das zweite Element direkt nebeneinander angeordnet sind, sondern es können auch andere Elemente zwischen dem ersten Element und dem zweiten Element entlang der Strömungsrichtung angeordnet sein.
Ein herkömmlicher Wärmeübertrager (z.B. ein herkömmlicher Verdampfer) kann eine Mehrzahl von parallel laufenden Kanälen (z.B. von parallel laufenden Minikanälen) zum Führen und Verdampfen von Kältemittel aufweisen. Ein herkömmlicher Wärmeübertrager kann auch mehrere Rippen aufweisen, welche zwischen den Kanälen angeordnet sind, und die für die Wärmeübertragung zur Verfügung stehende Fläche vergrößern. Eine solche Wärmeübertragungsbauart (z.B. mit Rippen) ermöglicht, einen kompakten Wärmeübertrager bereitzustellen, bei dem eine effiziente Wärmeübertragung zwischen einem zu kühlenden Fluid und dem in die Kanäle fließenden (z.B. zu verdampfenden) Kältemittel gewährleistet ist, aufgrund der vergrößerten Wärmeübertragungsfläche, welche durch die Mehrzahl von Kanälen bereitgestellt wird.
Die Wärmeaufnahme in einem Wärmeübertrager durch Sublimation bringt im Vergleich zu verdampfendem Kältemittel verschiedene Herausforderungen mit sich. Der Wärmeübergang ist verringert und die Ansammlung von festen Partikeln von Kältemittel kann zu Verstopfungen und Blockierungen des Wärmeübertragers führen.
Ein Kühlsystem (z.B. eine Kälteanlage) kann allgemein als offener Kreislauf oder als geschlossener Kreislauf bezeichnet werden. In einem offenen Kreislauf zirkuliert ein Kältemittel nach einer Wärmeübertragung mit einem zu kühlenden Fluid nicht im System zurück, sondern geht das Kältemittel in die Umgebung verloren. Mit anderen Worten, nach Verdampfung bzw. nach Sublimation steht das Kältemittel nicht mehr zur Verfügung. Demgegenüber verbleibt in einem geschlossenen Kreislauf das Kältemittel nach der Wärmeübertragung mit dem zu kühlenden Fluid in dem System, so dass das Kältemittel erneut verdichtet und zu dem Wärmeübertrager zur Wiederholung des Prozesses bereitgestellt werden kann. Die Kühlung mittels Sublimation eines Kältemittels (z.B. CO2) wird üblicherweise in einem offenen Kreislauf durchgeführt, beispielsweise mittels Besprühung des zu sublimierenden Kältemittels auf eine zu kühlende Oberfläche, so dass große Menge an Kältemittel verwendet werden sollten. Die Sublimation in einem geschlossenen Kreislauf wird behindert, aufgrund der Verblockung (z.B. der Beschädigung) der Komponenten der Kälteanlage (z.B. des Verdichters), welche durch das feste zu sublimierende Kältemittel (z.B. durch feste Partikel von Kältemittel) verursacht wird. Eine Möglichkeit könnte der Transport der festen Kältemittelpartikel mittels eines Trägerfluids sein. In einer solchen Ausgestaltung wäre jedoch zusätzlicher Energieaufwand zum Umwälzen des Trägerfluids benötigt. Ferner sollte das Kältemittel nach der Sublimation von dem Trägerfluid getrennt werden, um im Rahmen des Kältekreislaufes erneut verdichtet werden zu können. Eine solche Trennung würde einen hohen anlagentechnischen Aufwand benötigen und Druckverluste verursachen, die sich negativ auf die Kälteleistung und die Effizienz des Prozesses auswirken können .
Ein Wärmeübertrager aufweisend mehrere Kanäle (z.B. mehrere Minikanäle) könnte für die Sublimation eine geeignete Wärmeübertragungsart darstellen. Beispielsweise kann die vergrößerte Wärmeübertragungsfläche durch die hohe Kanalanzahl den verminderten Wärmeübergang kompensieren. Bei Verblockung einzelner Kanäle würden weitere Kanäle für die Wärmeübertragung verbleiben, so dass eine Kälteanlage, in welcher der Wärmeübertrager eingesetzt ist, Weiterarbeiten kann.
Bei der technischen Umsetzung ergibt sich allerdings ein Problem bei der Verteilung des Kältemittels auf die verschiedenen Kanäle. In einer herkömmlichen Kälteanlage, welche auf der Verdampfung eines Kältemittels basiert, besteht ein Verteiler an einem Verdampfer aus einer Art Behälter, in den die Kanäle (z.B. die Minikanäle) hineinragen. Das zu verdampfende Kältemittel im flüssigen und/oder gasförmigen Aggregatzustand verteilt sich auf die verschiedenen Kanäle. Ein zu sublimierendes Kältemittel (z.B. CO2) , welches fest und gasförmig in den Behälter gelangen würde, würde durch seine festen Partikel die Kanaleingänge verstopfen.
Es besteht daher ein Bedarf an einer Lösung, welche eine effiziente und kostengünstige Implementierung einer Sublimation-basierten Kühlung in einem geschlossenen Kreislauf ermöglicht .
Fig.l veranschaulicht einen Wärmeübertrager 100 in einer schematischen Darstellung gemäß verschiedenen Ausführungsformen .
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Wärmeübertrager 100 mindestens einen Kanal 102 (z.B. mindestens einen Minikanal) zum Führen von Kältemittel aufweisen. Der Wärmeübertrager 100 kann derart eingerichtet sein, dass das Kältemittel in den mindestens einen Kanal 102 fließt und sich in einer Wärmeübertragungsbeziehung mit einem zu kühlenden Fluid (z.B. Luft, Wasser, Salzwasser, etc.) befinden kann, so dass Wärme aus dem zu kühlenden Fluid in das in den mindestens einen Kanal 102 fließende Kältemittel aufgenommen werden kann. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der mindestens eine Kanal 102 auch mehrere Rohre (z.B. mehrere Minikanäle, mehrere Minikanal-Rohre, etc.) zum Führen von Kältemittel aufweisen, welche beispielsweise parallel zueinander angeordnet sein können .
Es versteht sich, dass der Wärmeübertrager 100 auch eine Mehrzahl von Kanälen 102 zum Führen von Kältemittel aufweisen kann, welche beispielsweise parallel zueinander angeordnet sein können .
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der mindestens eine Kanal 102 einen ersten Abschnitt 102-1 und einen zweiten Abschnitt 102-2 aufweisen. Der erste Abschnitt 102-1 kann in Bezug auf eine Strömungsrichtung des Kältemittels in dem mindestens einen Kanal 102 stromaufwärts relativ zu dem zweiten Abschnitt 102-2 angeordnet sein. Mit anderen Worten kann der mindestens eine Kanal 102 derart eingerichtet sein, dass das Kältemittel anfangs in den ersten Abschnitt 102-1 und danach in den zweiten Abschnitt 102-2 fließt. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der zweite Abschnitt 102-2 direkt neben dem ersten Abschnitt 102-1 angeordnet sein.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der zweite Abschnitt 102-2 eine Querschnittsfläche aufweisen, welche größer ist als eine Querschnittsfläche des ersten Abschnitts 102-1, so dass eine Sublimation des Kältemittels in dem zweiten Abschnitt 102-2 ermöglicht wird. Beispielsweise kann der Wärmeübertrager 100 derart eingerichtet sein, dass das Kältemittel in einer Wärmeübertragungsbeziehung mit einem zu kühlenden Fluid ist, wenn das Kältemittel in den zweiten Abschnitt 102-2 fließt, so dass Wärme aus dem zu kühlenden Fluid in das in den zweiten Abschnitt 102-2 fließende Kältemittel aufgenommen werden kann. Anschaulich kann der Wärmeübertrager 100 derart eingerichtet sein, dass das Kältemittel in dem zweiten Abschnitt 102-2 sublimieren kann, aufgrund der Wärmeübertragung mit dem zu kühlenden Fluid.
Damit eine Sublimation stattfinden kann, sollte sich das Kältemittel in einem zumindest teilweise festen Aggregatzustand befinden (z.B. in einem festen/gasförmigen Aggregatzustand) . Ferner sollte sich das Kältemittel auf einem derartigen Temperaturniveau und/oder Druckniveau befinden, dass ein direkter Phasenwechsel von einem festen Aggregatzustand nach einem gasförmigen Aggregatzustand ermöglicht wird. Mit anderen Worten, das Kältemittel sollte sich auf einem solchen Temperaturniveau und/oder Druckniveau befinden, welche einen Ort in dem Phasendiagramm des Kältemittels definieren, in dem die Sublimation des Kältemittels möglich ist.
Wenn ein Fluid (z.B. ein Kältemittel) in eine Verengung bzw. eine Drossel fließt (z.B. in eine Drosselöffnung, wie beispielsweise in einen Abschnitt eines Rohrs mit verringerter Querschnittsfläche) , steigt die Geschwindigkeit des Fluids und als Folge davon wird der Druck des Fluids reduziert. Vor der Drossel kann sich das Fluid auf einem Hochdruckniveau (z.B. auf einem Druckniveau in einem Bereich von ungefähr 10 bar bis ungefähr 160 bar, beispielsweise von ungefähr 70 bar bis ungefähr 140 bar, beispielsweise von ungefähr 40 bar bis ungefähr 70 bar) befinden. In der Drossel erreicht das Fluid eine kritische ( Schall- ) Geschwindigkeit (eine so genannte Stopfgrenze, auf Englisch "choked flow"), so dass der Druck in der Drossel auf einem niedrigeren Druckniveau (z.B. auf einem Druckniveau in einem Bereich von ungefähr 10 bar bis ungefähr 70 bar, beispielsweise von ungefähr 10 bar bis ungefähr 40 bar, beispielsweise von ungefähr 40 bar bis ungefähr 70 bar) fällt. Stromabwärts relativ zu der Drossel folgt eine weitere Expansion des Fluids und der Druck des Fluids fällt weiter ab (z.B. auf einem Druckniveau in einem Bereich von ungefähr 0 bar bis ungefähr 5 bar) .
Es versteht sich, dass die hierin beschriebenen Druckbereiche beispielhaft gewählt sind, und sie können beispielsweise für CO2 als zu sublimierendes Kältemittel gelten. Es versteht sich, dass die Druckbereiche abhängig von dem verwendeten zu sublimierenden Kältemittel sein können, und können basierend auf dem verwendeten Kältemittel entsprechend angepasst werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Querschnittfläche des ersten Abschnitts 102-1 kleiner als die Querschnittsfläche des zweiten Abschnitts 102-2 sein, so dass der erste Abschnitt 102-1 eine Drosselstelle am Eintritt des mindestens einen Kanals 102 bereitstellt . Anders ausgedrückt, der erste Abschnitt 102-1 ist eine Drosselstelle am Eintritt des mindestens einen Kanals 102.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Querschnittsfläche des ersten Abschnitts 102-1 derart dimensioniert sein, dass ein Kältemittel sich vor dem ersten Abschnitt 102-1 auf einem Hochdruckniveau (z.B. auf einem Druckniveau in einem Bereich von ungefähr 10 bar bis ungefähr 160 bar, beispielsweise von ungefähr 70 bar bis ungefähr 140 bar, beispielsweise von ungefähr 40 bar bis ungefähr 70 bar) befindet; in dem ersten Abschnitt 102-1 erreicht das Kältemittel eine kritische (Schall-) Geschwindigkeit, so dass der Druck des Kältemittels in dem ersten Abschnitt 102-1 auf einem niedrigeren Druckniveau (z.B. auf einem Druckniveau in einem Bereich von ungefähr 10 bar bis ungefähr 70 bar, beispielsweise von ungefähr 10 bar bis ungefähr 40 bar, beispielsweise von ungefähr 40 bar bis ungefähr 70 bar) fällt; und nach dem ersten Abschnitt 102-1 (anders ausgedrückt stromabwärts relativ zu dem ersten Abschnitt 102-1, beim Eintritt in dem zweiten Abschnitt 102-2) folgt eine weitere Expansion des Kältemittels und der Druck des Kältemittels fällt weiter ab, beispielsweise auf einem Sublimationsdruckniveau (z.B. auf einem Druckniveau in einem Bereich von ungefähr 0 bar bis ungefähr 5 bar) . Mit anderen Worten, die Querschnittfläche des ersten Abschnitts 102-1 kann derart dimensioniert sein, dass ein Abfall des Drucks eines in den ersten Abschnitt 102-1 fließenden Kältemittels erfolgt.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Querschnittsfläche des ersten Abschnitts 102-1 derart dimensioniert sein, dass der Druck des Kältemittels in dem ersten Abschnitt 102-1, anschaulich bis zum Austritt des ersten Abschnitts 102-1, oberhalb des Sublimationsdrucks des Kältemittels steht, so dass das Kältemittel in dem ersten Abschnitt 102-1 nicht sublimieren kann. Mit anderen Worten, die Querschnittfläche des ersten Abschnitts 102-1 kann derart dimensioniert sein, dass der Abfall des Drucks des in den ersten Abschnitt 102-1 fließenden Kältemittels nicht ausreicht, um eine Sublimation des Kältemittels in dem ersten Abschnitt 102-1 zu ermöglichen. Die Querschnittsfläche des ersten Abschnitts 102-1 kann somit derart dimensioniert sein, dass eine Sublimation des Kältemittels in dem ersten Abschnitt 102-1 verhindert wird. Anders ausgedrückt, kann der Wärmeübertrager derart eingerichtet sein (z.B. kann der erste Abschnitt derart dimensioniert sein) , dass keine Wärmeübertragung zwischen dem in den ersten Abschnitt fließenden Kältemittel und dem zu kühlenden Fluid stattfindet.
Andernfalls kann es zu unerwünschten Effekten kommen, wenn das Kältemittel stattdessen Wärme mit dem Fluid austauscht, während es im ersten Abschnitt fließt. Beispielsweise kann oberhalb des Tripelpunktes des Kältemittels eine Verdampfung des flüssigen Kältemittels aufftreten (Wärmezuvor bei einer höheren Temperatur) . Als weiteres Beispiel, unterhalb des Tripelpunkts des Kältemittels, wäre eine zusätzliche Komponente für die Verteilung des festen Kältemittels in den ersten Abschnitt (Ansonsten könnte Verblockung vor dem ersten Abschnitt durch festes Kältemittel auftreten) zu verwenden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Querschnittsfläche des ersten Abschnitts 102-1 derart dimensioniert sein, dass sich das Kältemittel in dem ersten Abschnitt 102-1 auf einem Druckniveau befindet, welches größer ist als das Druckniveau des Tripelpunktes des Kältemittels.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Querschnittsfläche des ersten Abschnitts 102-1 derart dimensioniert sein, dass sich das Kältemittel in dem ersten Abschnitt 102-1 in einem nicht-festen (z.B. flüssigen, gasförmigen, flüssig/gasförmigen, überkritischen, etc.) Aggregatzustand befindet bzw. befinden kann. Mit anderen Worten, die Querschnittsfläche des ersten Abschnitts 102-1 kann derart dimensioniert sein, dass sich das Kältemittel auf einem derartigen Druckniveau befindet, dass sich das Kältemittel in dem ersten Abschnitt 102-1 in einem nicht-festen (z.B. flüssigen, gasförmigen, flüssig/gasförmigen, überkritischen, etc.) Aggregatzustand befindet.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Querschnittsfläche des ersten Abschnitts 102-1 derart dimensioniert sein, dass der vom Eintrittsdruck und/oder von der Eintrittstemperatur (z.B. der Druck und/oder die Temperatur beim Eintritt des ersten Abschnitts 102-1) abhängige kritische Massestrom durch die Drosselstelle (anders ausgedrückt durch den ersten Abschnitt 102-1) erreicht wird und der kritische Austrittsdruck (z.B. der Druck beim Austritt des ersten Abschnitts 102-1) oberhalb des Tripelpunktes des Kältemittels liegt. Somit kann eine Verstopfung der Drosselstelle (z.B. eine Verstopfung des ersten Abschnitts 102-1, und somit des mindestens einen Kanals 102) verhindert werden, weil sich das Kältemittels in der Drosselstelle (anders ausgedrückt in dem ersten Abschnitt 102-1) in einem nicht-festen Aggregatzustand befindet. Erst nach dem Austritt aus der Drosselstelle (anders ausgedrückt beim Eintritt in dem zweiten Abschnitt 102-2) expandiert das Kältemittel auf Sublimationsdruckniveau.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die Querschnittfläche des ersten Abschnitts 102-1 und die Querschnittfläche des zweiten Abschnitts 102-2 derart dimensioniert sein, dass der Druck eines in den mindestens einen Kanal 102 fließenden Kältemittels stromabwärts relativ zu dem ersten Abschnitt 102-1 (anders ausgedrückt beim Eintritt in dem zweiten Abschnitt 102-2) niedriger (z.B. 5 bar niedriger, 10 bar niedriger, 20 bar niedriger, 30 bar niedriger, 50 bar niedriger, etc.) als der Druck in dem ersten Abschnitt 102-1 ist. Beispielsweise kann die Querschnittsfläche des ersten Abschnitts 102-1 derart dimensioniert sein, dass sich das Kältemittel auf einem Druckniveau in einem Bereich von ungefähr 10 bar bis ungefähr 70 bar (z.B. von ungefähr 10 bar bis ungefähr 40 bar, von ungefähr 40 bar bis ungefähr 70 bar, etc.) in dem ersten Abschnitt 102-1 befindet. Beispielsweise kann die Querschnittsfläche des zweiten Abschnitts 102-2 derart dimensioniert sein, dass sich das Kältemittel auf einem Druckniveau in einem Bereich von ungefähr 0 bar bis ungefähr 5 bar (z.B. auf einem Atmosphärendruckniveau) in dem zweiten Abschnitt 102-2 befindet.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die Querschnittfläche des ersten Abschnitts 102-1 und die Querschnittfläche des zweiten Abschnitts 102-2 derart dimensioniert sein, dass sich ein in den mindestens einen Kanal 102 fließendes Kältemittel auf einem derartigen Druckniveau stromabwärts relativ zu dem ersten Abschnitt 102-1 (z.B. in dem zweiten Abschnitt 102-2) befindet, dass die Sublimation des Kältemittels ermöglicht wird. Beispielsweise können die Querschnittsfläche des ersten Abschnitts 102-1 und die Querschnittfläche des zweiten Abschnitts 102-2 derart dimensioniert sein, dass sich das Kältemittel auf einem zur Sublimation geeigneten Druckniveau (z.B. auf einem Sublimationsdruckniveau, wie beispielsweise Atmosphärendruck, wenn das Kältemittel CO2 aufweist) befindet, wenn dieses in den zweiten Abschnitt 102-2 fließt.
Die Drosselung des Kältemittels beim Eintritt in dem mindestens einen Kanal 102 gewährleistet, dass erst in dem mindestens einen Kanal 102 (z.B. in dem zweiten Abschnitt 102-2) das Sublimationsgebiet des Kältemittels erreicht werden kann. Anders ausgedrückt, die Drosselung des Kältemittels beim Eintritt in dem mindestens einen Kanal 102 ermöglicht, dass Kältemittel in einem nicht-sublimierbaren (z.B. nicht-festen) Aggregatzustand dem mindestens einen Kanal 102 bereitgestellt werden kann, und dass das Kältemittel erst in dem mindestens einen Kanal 102 in einen sublimierbaren (z.B. zumindest teilweise festen) Aggregatzustand übergeht.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Drosselstelle derart dimensioniert sein, dass das Kältemittel vom flüssigen oder flüssigen/gasförmigen Aggregatzustand stromaufwärts relativ zu dem ersten Abschnitt 102-1 in einen zumindest teilweise festen (z.B. festen/gasförmigen) Aggregatzustand stromabwärts relativ zu dem ersten Abschnitt 102-1 (anders ausgedrückt in dem zweiten Abschnitt 102-2) expandiert wird. Beispielsweise können die Querschnitts fläche des ersten Abschnitts 102-1 und die Querschnittsfläche des zweiten Abschnitts 102-2 derart dimensioniert sein, dass ein Abfall des Drucks erfolgt, wenn das Kältemittel von dem ersten Abschnitt 102-1 in den zweiten Abschnitt 102-2 fließt, so dass das Kältemittel von einem nicht-festen (z.B. flüssigen, gasförmigen, flüssigen/gasförmigen, überkritischen, etc.) Aggregatzustand in einen zumindest teilweise festen (z.B. festen/gasförmigen) Aggregatzustand übergeht. Mit anderen Worten, die Querschnittsfläche des ersten Abschnitts 102-1 und die Querschnittsfläche des zweiten Abschnitts 102-2 können derart dimensioniert sein, dass ein derartiger Abfall des Drucks erfolgt, dass das Kältemittel ein Sublimationsgebiet des Phasendiagramms des Kältemittels in dem zweiten Abschnitt 102-2 erreicht . Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der erste Abschnitt 102-1 eine Querschnittfläche in einem Bereich von ungefähr 0.0001 mm2 bis ungefähr 0.8 mm2 aufweisen, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 0.001 mm2 bis ungefähr 0.5 mm2, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 0.005 mm2 bis ungefähr 0.25 mm2. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der zweite Abschnitt 102-2 eine Querschnittfläche in einem Bereich von ungefähr 0.01 mm2 bis ungefähr 400 mm2 aufweisen, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 0.1 mm2 bis ungefähr 100 mm2, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 0.5 mm2 bis ungefähr 50 mm2, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 1 mm2 bis ungefähr 20 mm2.
Der Wärmeübertrager 100 kann somit als Sublimator dienen, auch wenn diesem ein nicht-festes (z.B. flüssiges, gasförmiges, flüssiges/gasförmiges, überkritisches, etc.) Kältemittel bereitgestellt wird. Beispielsweise könnte ein herkömmlicher Wärmeübertrager mittels der hierein beschriebenen Ausgestaltung des Kanals bzw. der Kanäle derart angepasst werden, dass dieser auch für die Sublimation von Kältemittel (z.B. CO2) verwendet werden könnte. Die hierin beschriebene Anordnung stellt somit eine vergleichsweise kostengünstige Option für einen Sublimator dar, welcher in einem geschlossenen Kühlkreislauf verwendet werden könnte.
Der Wärmeübertrager 100 kann somit derart eingerichtet sein, dass dieser ein Kältemittel in einem nicht-festen Aggregatzustand empfangen kann, und das Kältemittel innerhalb des Wärmeübertragers 100 in einen zumindest teilweise festen Aggregatzustand übergeht, so dass Sublimation des Kältemittels ermöglicht wird.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Kältemittel ein natürliches Kältemittel aufweisen, wie beispielsweise Kohlenstoffdioxid (CO2) · Das Kältemittel kann aber auch ein kohlenwasserstoffbasierendes Kältemittel aufweisen, wie z.B. HFKW, HFCKW, HFO, R170, R290, R600, etc. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Kältemittel eine Mischung aus einer Mehrzahl von voneinander unterschiedlichen Kältemitteln aufweisen. Es versteht sich, dass das Kältemittel ausgewählt werden kann, basierend auf dem gewünschten Betrieb des Wärmeübertragers 100 (z.B. auf dem zu erreichenden Temperaturbereich) .
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Wärmeübertrager 100 mindestens ein Wärmeübertragungselement 104 aufweisen, welches in Kontakt (z.B. in direkt körperlichem Kontakt) mit dem mindestens einen Kanal 102 angeordnet ist. Das mindestens eine Wärmeübertragungselement 104 kann beispielsweise als äußerer Vorsprung bzw. mehrere äußere Vorsprüngen von den Oberflächen des mindestens einen Kanals 102 ausgestaltet sein (wie beispielsweise eine Rippe, eine Mehrzahl von Rippen, eine Lamelle, eine Mehrzahl von Lamellen, etc.) . Es versteht sich, dass der Wärmeübertrager 100 auch eine Mehrzahl von Wärmeübertragungselementen 104 aufweisen kann, welche in Kontakt mit dem mindestens einen Kanal 102 bzw. zwischen zwei benachbarten Kanäle 102 angeordnet sein können.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das mindestens eine Wärmeübertragungselement 104 eingerichtet sein, die für die Wärmeübertragung zwischen dem zu kühlenden Fluid und dem in den mindestens einen Kanal 102 (z.B. in den zweiten Abschnitt 102-2 des mindestens einen Kanals 102) fließenden Kältemittel zur Verfügung stehende Fläche zu vergrößern, so dass die Wärmeübertragungsrate und die Gesamteffizienz des Wärmeübertragers 100 verbessert werden können. Beispielsweise kann der Wärmeübertrager 100 derart eingerichtet sein, dass das zu kühlende Fluid durch das mindestens eine Wärmeübertragungselement 104 fließen kann (z.B. in einer Richtung in einem Winkel zu oder senkrecht zu der Strömungsrichtung des Kältemittels in dem mindestens einen Kanal 102) und Wärme in effizienterer Weise dem Kältemittel ausgeben kann.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Wärmeübertrager 100 einen ersten Behälter 106 (z.B. einen Verteilerbehälter) aufweisen. Der erste Behälter 106 kann eingerichtet sein, das Kältemittel dem mindestens einen Kanal 102 zuzuführen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der erste Behälter 106 eingerichtet sein, das Kältemittel auf die mehreren Rohre (z.B. auf die mehreren Minikanäle) des mindestens einen Kanals 102 bzw. auf die Kanäle 102 der Mehrzahl von Kanälen 102 (z.B. gleichmäßig) zu verteilen.
Die hierin beschriebene Anordnung ermöglicht eine einfache Zuführung bzw. Verteilung des (z.B. zu sublimierenden) Kältemittels mittels des ersten Behälters 106, weil sich das Kältemittel in einem nicht-festen (z.B. flüssigen, gasförmigen, flüssig/gasförmigen, überkritischen, etc.) Aggregatzustand befindet bzw. befinden kann, wenn dieses in den ersten Behälter 106 fließt. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der erste Behälter 106 derart eingerichtet sein, dass sich ein in den ersten Behälter 106 fließendes Kältemittel in einem nicht-festen (z.B. flüssigen, gasförmigen, flüssig/gasförmigen, überkritischen, etc.) Aggregatzustand befindet. Somit kann auch ein zu sublimierendes Kältemittel in einfacher Weise zugeführt bzw. verteilt werden, und nur beim Eintritt in dem mindestens einen Kanal 102 (z.B. beim Eintritt in dem zweiten Abschnitt 102-2) in einen zumindest teilweise festen Aggregatzustand übergehen .
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der erste Behälter 106 derart eingerichtet sein, dass sich das Kältemittel auf einem Mitteldruckniveau oder Hochdruckniveau (z.B. auf einem Druckniveau in einem Bereich von ungefähr 10 bar bis ungefähr 160 bar, beispielsweise von ungefähr 70 bar bis ungefähr 140 bar, beispielsweise von ungefähr 40 bar bis ungefähr 70 bar, beispielsweise von ungefähr 10 bar bis ungefähr 40 bar, etc.) in dem ersten Behälter 106 befindet. Der erste Behälter 106 kann somit derart eingerichtet sein, dass das Kältemittel vollständig flüssig oder flüssig/gasförmig oder überkritisch in dem ersten Behälter 106 vorliegt. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der erste Behälter 106 derart eingerichtet sein, dass sich das Kältemittel auf einem Druckniveau in dem ersten Behälter 106 befindet, welches (z.B. stets) oberhalb des Druckniveaus des Triplepunkts des Kältemittels ist. Die Drosselung auf einem Niederdruckniveau (z.B. auf einem Druckniveau in einem Bereich von ungefähr 0 bar bis ungefähr 5 bar) geschieht in dem zweiten Abschnitt 102-2 des mindestens einen Kanals 102.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der erste Behälter 106 als Abscheider (z.B. als Mitteldruckabscheider) eingerichtet sein, zum Abscheiden einer Flüssigphase des Kältemittels von einer Gasphase des Kältemittels. In dieser Ausgestaltung kann der erste Behälter 106 eingerichtet sein, das flüssige Kältemittel dem mindestens einen Kanal 102 zuführen bzw. das flüssige Kältemittel auf die Kanäle der Mehrzahl von Kanälen 102 zu verteilen, und das gasförmige Kältemittel durch einen zusätzlichen Ausgang (z.B. einen Gasausgang) auszugeben. Dies hat zur Folge, dass die Bedingungen (z.B. den Druck) des Kältemittels in dem mindestens einen Kanal 102 genauer festgelegt werden können. Ferner kann ein flüssiges Kältemittel in einfacherer Weise zugeführt bzw. verteilt werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der erste Behälter 106 derart eingerichtet sein, dass dieser gegenüber einem zu kühlenden Fluid thermisch isoliert ist. Beispielsweise kann der erste Behälter 106 eine (z.B. thermische) Beschichtung aufweisen bzw. mittels einer Beschichtung beschichtet sein oder werden, welche eingerichtet ist, den ersten Behälter 106 thermisch von einem zu kühlenden Fluid zu isolieren, welches über bzw. durch den Wärmeübertrager 100 fließt. Dies hat zur Folge, dass eine Unterkühlung des Kältemittels in dem ersten Behälter 106 verhindert werden kann, so dass das Kältemittel in dem ersten Behälter 106 nicht in einen sublimierbaren (z.B. in einen zumindest teilweise festen) Aggregatzustand übergeht.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Wärmeübertrager 100 einen zweiten Behälter 108 (z.B. einen Sammelbehälter) aufweisen. Der zweite Behälter 108 kann eingerichtet sein, das von dem mindestens einen Kanal 102 ausgegebene Kältemittel zu empfangen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der zweite Behälter 108 eingerichtet sein, feste Kältemittelbestandteile (z.B. feste Partikel von Kältemittel) anzusammeln. Wenn das Kältemittel in den zumindest teilweise festen Aggregatzustand übergeht, es kann zur Bildung fester Kältemittelbestandteilen von Kältemittel kommen. Diese festen Kältemittelbestandteile können in dem zweiten Abschnitt 102-2 durch die Wärmeübertragung mit dem zu kühlenden Fluid sublimieren. In dem Fall, dass einige dieser festen Kältemittelbestandteile nicht sublimieren, können diese einigen Kältemittelbestandteile problematisch für eine Kälteanlage sein. Beispielsweise können diese festen Kältemittelbestandteile zur Schädigung eines Verdichters führen. Der zweite Behälter 108 kann somit derart eingerichtet sein, dass sich von dem mindestens einen Kanal 102 ausgegebene feste Kältemittelbestandteile in dem zweiten Behälter 108 ansammeln. Eine unerwünschte Zirkulation dieser Kältemittelbestandteile in einer Kälteanlage kann somit verhindert werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der zweite Behälter 108 als Feststoffabscheider (z.B. als Zyklonabscheider) eingerichtet sein. Beispielsweise kann der zweite Behälter 108 derart eingerichtet sein, dass dieser gasförmiges Kältemittel aus einem ersten Ausgang ausgibt und festes Kältemittel (z.B. feste Kältemittelbestandteile, wie beispielsweise feste Partikel von Kältemittel) ansammelt. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der zweite Behälter 108 einen zweiten Ausgang aufweisen zum Ausgeben des angesammelten festen Kältemittels. Wenn der Wärmeübertrager 100 in eine Kälteanlage eingesetzt wird, kann der zweite Behälter 108 auf diese Weise ermöglichen, dass nur gasförmiges Kältemittel zur Zirkulation in die Kälteanlage bereitgestellt wird.
Fig .2A, Fig .2B, Fig.2C, Fig.2D, Fig.2E und Fig.2F veranschaulichen jeweils einen Teil eines Kanals 102 eines Wärmeübertragers 100 in einer schematischen Darstellung gemäß verschiedenen Ausführungsformen .
Der erste Abschnitt 102-1 und der zweite Abschnitt 102-2 des mindestens einen Kanals 102 können beliebig derart dimensioniert und/oder geformt sein oder werden, dass der Effekt erreicht werden kann, dass die Sublimation des Kältemittels nur in dem zweiten Abschnitt 102-2 ermöglicht wird. Beispielsweise können der erste Abschnitt 102-1 und/oder der zweite Abschnitt 102-2 einen beliebig geformten Querschnitt aufweisen, wie beispielsweise einen kreisförmigen Querschnitt, einen elliptischen Querschnitt, einen quadratischen Querschnitt, einen rechteckigen Querschnitt, einen mehreckigen Querschnitt etc.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Querschnitt des ersten Abschnitts 102-1 dieselbe Form wie der Querschnitt des zweiten Abschnitts 102-2 aufweisen. Der Querschnitt des ersten Abschnitts 102-1 und der Querschnitt des zweiten Abschnitts 102-2 können aber auch eine voneinander unterschiedliche Form aufweisen .
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der erste Abschnitt 102-1 einen Querschnitt aufweisen, welcher sich entlang eine Strömungsrichtung des Kältemittels in dem ersten Abschnitt 102-1 (z.B. entlang einer Richtung 101, beispielsweise eine Länge des ersten Abschnitts 102-1) nicht verändert. Der erste Abschnitt 102-1 kann aber auch einen Querschnitt aufweisen, welcher sich entlang eine Strömungsrichtung des Kältemittels in dem ersten Abschnitt 102-1 (z.B. entlang einer Richtung 101, wie beispielsweise eine Länge des ersten Abschnitts 102-1) verändert. Beispielsweise können sich eine Form und/oder eine Größe des Querschnitts des ersten Abschnitts 102-1 verändern.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der zweite Abschnitt 102-2 einen Querschnitt aufweisen, welcher sich entlang eine Strömungsrichtung des Kältemittels in dem zweiten Abschnitt 102-2 (z.B. entlang einer Richtung 101, beispielsweise eine Länge des zweiten Abschnitts 102-2) nicht verändert. Der zweite Abschnitt 102-2 kann aber auch einen Querschnitt aufweisen, welcher sich entlang einer Strömungsrichtung des Kältemittels in dem zweiten Abschnitt 102-2 (z.B. entlang einer Richtung 101, beispielsweise eine Länge des zweiten Abschnitts 102-2) verändert. Beispielsweise können sich eine Form und/oder eine Größe des Querschnitts des zweiten Abschnitts 102-2 verändern. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können der erste Abschnitt 102-1 und der zweite Abschnitt 102-2 derart eingerichtet sein, dass eine plötzliche (anders ausgedrückt sprungartige) Änderung der Querschnittsfläche an der Grenzfläche zwischen dem ersten Abschnitt 102-1 und dem zweiten Abschnitt 102-2 bereitgestellt wird, wie beispielsweise in Fig.2A dargestellt ist.
Der zweite Abschnitt 102-2 kann aber auch eine Querschnittfläche aufweisen, welche ausgehend von der Grenzfläche mit dem ersten Abschnitt 102-1 allmählich zunimmt, bis einer gewünschten Querschnittsfläche erreicht wird, wie beispielsweise in Fig.2B dargestellt ist. Beispielsweise kann der zweite Abschnitt 102-2 eine sich verjüngende Form aufweisen. In dieser Ausgestaltung gibt es somit eine allmähliche Änderung der Querschnittsfläche.
Die Form und die Querschnittfläche des ersten Abschnitts 102-1 und des zweiten Abschnitts 102-2 können somit beliebig ausgewählt werden, beispielsweise in Abhängigkeit von dem Kältemittel und/oder von anderen Betriebsparametern einer Kälteanlage, in welche der Wärmeübertrager 100 eingesetzt werden sollte.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Querschnitt des ersten Abschnitts 102-1 eine Größe entlang einer Richtung senkrecht zu der Strömungsrichtung des Kältemittels in dem mindestens einen Kanal 102 (z.B. senkrecht zu einer Richtung 101, wie beispielsweise eine Höhe, eine Breite, einen Durchmesser, eine Kantenlänge, etc.) aufweisen, welche in einem Bereich von ungefähr 0.01 mm bis ungefähr 0.5 mm ist, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 0.01 mm bis ungefähr 0.2 mm, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 0.02 mm bis ungefähr 0.1 mm, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 0.02 mm bis ungefähr 0.05 mm. Beispielsweise kann der Querschnitt des ersten Abschnitts 102-1 eine Größe entlang einer Richtung senkrecht zu der Strömungsrichtung des Kältemittels in dem mindestens einen Kanal 102 aufweisen, welche kleiner als 0.1 mm ist. Der Querschnitt des ersten Abschnitts 102-1 kann beispielsweise derart dimensioniert sein, dass sich ein in den ersten Abschnitt 102-1 fließendes Kältemittel eine kritische Geschwindigkeit (z.B. eine Schall-Geschwindigkeit) erreicht .
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der erste Abschnitt 102-1 eine Größe entlang einer Richtung parallel zu der Strömungsrichtung des Kältemittels in dem mindestens einen Kanal 102 (z.B. entlang einer Richtung 101, beispielsweise eine Länge des ersten Abschnitts 102-1) aufweisen, welche derart dimensioniert ist, dass das Kältemittel in dem ersten Abschnitt 102-1 in einem nicht-festen Aggregatzustand verbleibt. Mit anderen Worten, die Länge des ersten Abschnitts 102-1 kann derart dimensioniert sein, dass der Abfall des Drucks des in den ersten Abschnitt 102-1 fließenden Kältemittels nicht ausreicht, um eine Sublimation des Kältemittels in dem ersten Abschnitt 102-1 zu ermöglichen (z.B. um ein Druckniveau unterhalb des Tripelpunktes des Kältemittels zu erreichen) .
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Querschnitt des zweiten Abschnitts 102-2 eine Größe entlang einer Richtung senkrecht zu der Strömungsrichtung des Kältemittels in dem mindestens einen Kanal 102 (z.B. senkrecht zu einer Richtung 101, wie beispielsweise eine Höhe, eine Breite, einen Durchmesser, eine Kantenlänge, etc.) aufweisen, welche in einem Bereich von ungefähr 0.1 mm bis ungefähr 20 mm ist, beispielsweise von ungefähr 0.5 mm bis ungefähr 10 mm, beispielsweise von ungefähr 1 mm bis ungefähr 5 mm.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der zweite Abschnitt 102-2 eine Größe entlang einer Richtung parallel zu der Strömungsrichtung des Kältemittels in dem mindestens einen Kanal 102 (z.B. entlang einer Richtung 101, beispielsweise eine Länge des zweiten Abschnitts 102-2) aufweisen, welche derart dimensioniert ist, dass eine vollständige Sublimation des Kältemittels in dem zweiten Abschnitt 102-2 ermöglicht werden kann. . Um die gewünschten Abmessungen der Querschnittsfläche und des Querschnitts des ersten Abschnitts 102-1 zu erhalten, kann ein Draht mit der gewünschten Größe (z.B. mit dem gewünschten Durchmesser) in einen herkömmlichen Kanal (z.B. in einen herkömmlichen Minikanal) eingeführt werden; der anfängliche Abschnitt des Kanals kann dann gestaucht werden; und der Draht kann endlich entfernt werden, so dass als Ergebnis ein Kanal 102 aufweisend einen ersten Abschnitt 102-1 mit einer reduzierten Querschnittsfläche bereitgestellt wird. Der eingeführte Draht kann beschichtet sein, so dass nach dem Stauchen die Beschichtung mittels Erwärmens ausgebrannt werden kann. Dies hat zur Folge, dass ein Freiraum zwischen dem Kanal 102 (z.B. zwischen einer inneren Oberfläche des Kanals 102) und dem Draht entsteht, so dass der Draht in einfacherer Weise entfernt werden kann. Es versteht sich, dass mehrere Drähte (z.B. gleichzeitig) verwendet werden können, um mehrere Kanäle (z.B. mehrere Minikanäle) bzw. mehrere Rohre eines Kanals zu modifizieren .
Alternativ kann ein Kanal bis zum Verschluss des Eintritts des Kanals gestaucht werden, und dann kann ein Loch (z.B. mittels Bohrens, mittels Laserns, etc.) in dem Kanal eingebracht werden, so dass als Ergebnis ein Kanal 102 aufweisend einen ersten Abschnitt 102-1 mit einer reduzierten Querschnittsfläche bereitgestellt werden kann. Es versteht sich, dass mehrere Kanäle (z.B. mehrere Minikanäle) bzw. mehrere Rohre eines Kanals gleichzeitig modifiziert werden können, so dass ein Loch in dem jeweiligen Kanal bzw. in dem jeweiligen Rohr eingebracht werden kann.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein verengendes Element 210 (z.B. eine Hülse, eine Lochscheibe, ein Lochblech, eine Kappe etc.) verwendet werden, um die Querschnittsfläche des ersten Abschnitts 102-1 zu reduzieren bzw. eine Drosselstelle beim Eintritt des mindestens einen Kanals 102 bereitzustellen, wie beispielsweise in Fig.2C bis 2F dargestellt ist. Das verengende Element 210 kann ein beliebig geeignetes Element sein, so dass eine Drosselstelle beim Eintritt des mindestens einen Kanals 102 bereitgestellt wird. Das verengende Element 210 kann einen beliebig geeigneten Querschnitt (z.B. einen Innenquerschnitt) aufweisen, wie beispielsweise einen kreisförmigen Querschnitt, einen elliptischen Querschnitt, einen quadratischen Querschnitt, einen rechteckigen Querschnitt, einen mehreckigen Querschnitt etc .
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Querschnitt (z.B. der Innenquerschnitt) des verengenden Elements 210 eine Größe (z.B. eine Innengröße) entlang einer Richtung senkrecht zu der Strömungsrichtung des Kältemittels in dem verengenden Element 210 (z.B. senkrecht zu einer Richtung 101, beispielsweise eine Höhe, eine Breite, einen Durchmesser, eine Kantenlänge, etc.) aufweisen, welche in einem Bereich von ungefähr 0.01 mm bis ungefähr 0.5 mm ist, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 0.01 mm bis ungefähr 0.2 mm, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 0.02 mm bis ungefähr 0.1 mm, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 0.02 mm bis ungefähr 0.05 mm. Beispielsweise kann der Querschnitt des verengenden Elements 210 eine Größe entlang einer Richtung senkrecht zu der Strömungsrichtung des Kältemittels in dem verengenden Element 210 aufweisen, welche kleiner als 0.1 mm ist. Der Querschnitt des verengenden Elements 210 kann beispielsweise derart dimensioniert sein, dass sich ein in das verengende Element 210 fließendes Kältemittel eine kritische Geschwindigkeit (z.B. eine Schall-Geschwindigkeit) in dem verengenden Element 210 (und anschaulich in dem ersten Abschnitt 102-1) erreicht.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Querschnitt (z.B. der Innenquerschnitt) des verengenden Elements 210 derart dimensioniert sein, dass eine Sublimation des Kältemittels in dem verengenden Element 210 (und anschaulich in dem ersten Abschnitt 102-1) verhindert wird. Beispielsweise kann der Querschnitt des verengenden Elements 210 derart dimensioniert sein, dass sich das Kältemittel auf einem Druckniveau in dem verengenden Element 210 befindet, bei dem eine Sublimation des Kältemittels unmöglich ist. Beispielsweise kann der Querschnitt des verengenden Elements 210 derart dimensioniert sein, dass sich das Kältemittel in dem verengenden Element 210 in einem nicht-festen (z.B. flüssigen, gasförmigen, flüssig/gasförmigen, überkritischen) Aggregatzustand befindet. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Querschnitt des verengenden Elements 210 derart dimensioniert sein, dass sich das Kältemittel auf einem Druckniveau in dem verengenden Element 210 befindet, welches größer ist als das Druckniveau des Tripelpunktes des Kältemittels .
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das verengende Element 210 eine Größe entlang einer Richtung parallel zu der Strömungsrichtung des Kältemittels in dem verengenden Element 210 (z.B. entlang einer Richtung 101, beispielsweise eine Länge des verengenden Elements 210) aufweisen, welche derart dimensioniert ist, dass das Kältemittel in dem verengenden Element 210 in einem nicht-festen Aggregatzustand verbleibt. Mit anderen Worten, die Länge des verengenden Elements 210 kann derart dimensioniert sein, dass der Abfall des Drucks des in das verengende Element 210 fließenden Kältemittels nicht ausreicht, um eine Sublimation des Kältemittels in dem verengenden Element 210 zu ermöglichen bzw. um ein Druckniveau unter dem Tripeldruck des Kältemittels zu erreichen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der mindestens eine Kanal 102 ein verengendes Element 210 aufweisen, welches in dem ersten Abschnitt 102-1 angeordnet ist, so dass die Querschnittsfläche des ersten Abschnitts 102-1 reduziert werden kann, wie in Fig.2C und Fig.2D dargestellt ist. Beispielsweise kann das verengende Element 210 in einen Kanal eingelegt werden, und der Kanal (z.B. der Eintritt des Kanals) kann gestaucht werden, so dass das verengende Element 210 fixiert wird, und als Ergebnis ein Kanal 102 aufweisend einen ersten Abschnitt 102-1 mit einer reduzierten Querschnittsfläche bereitgestellt werden kann. Es versteht sich, dass ein verengendes Element kann in jedem Kanal einer Mehrzahl von Kanälen bzw. in jedem Rohr (z.B. in jedem Minikanal) eines Kanals angeordnet sein. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das verengende Element 210 vollständig innerhalb des mindestens einen Kanals 102 (z.B. innerhalb des ersten Abschnitts 102-1) angeordnet sein, wie beispielsweise in Fig.2C dargestellt ist. Das verengende Element 210 kann aber auch einen Teil aufweisen, welcher außerhalb des mindestens einen Kanals 102 (z.B. außerhalb des ersten Abschnitts 102-1) angeordnet ist, wie beispielsweise in Fig.2D dargestellt ist.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das verengende Element 210 am Eintritt des mindestens einen Kanals 102 angeordnet (z.B. befestigt, wie beispielsweise gelötet, etc.) sein, wie beispielsweise in Fig.2E und Fig.2F dargestellt ist. In dieser Ausgestaltung kann das verengende Element 210 eine Länge bzw. eine Dicke in einem Bereich von ungefähr 1 gm bis ungefähr 500 gm aufweisen, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 50 pm bis ungefähr 200 pm.
Beispielsweise kann das verengende Element 210 eine dünne Platte (z.B. ein Blech, eine Scheibe) sein, in welcher ein Loch oder mehrere Löcher eingebracht werden, wie beispielsweise in Fig.2E dargestellt ist. Alternativ kann das verengende Element 210 eine Kappe sein, welche am Eintritt des mindestens einen Kanals 102 angeordnet ist, und in welcher ein Loch oder mehrere Löcher eingebracht werden, wie beispielsweise in Fig.2F dargestellt ist.
In dieser Ausgestaltung kann das verengende Element 210 einen zusätzlichen Teil des mindestens einen Kanals 102 bilden. Das verengende Element 210 kann somit als erster Abschnitt 102-1 des mindestens einen Kanals 102 dienen, und der mindestens eine Kanal 102 kann als zweiter Abschnitt 102-2 des mindestens einen Kanals 102 dienen. Mit anderen Worten, das verengende Element 210 und der mindestens eine Kanal 102 können derart eingerichtet bzw. dimensioniert sein, dass ein Kältemittel sich vor dem verengenden Element 210 auf einem Hochdruckniveau (z.B. auf einem Druckniveau in einem Bereich von ungefähr 10 bar bis ungefähr 160 bar, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 70 bar bis ungefähr 140 bar, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 40 bar bis ungefähr 70 bar) befindet; in dem verengenden Element 210 das Kältemittel eine kritische (Schall- ) Geschwindigkeit erreicht, so dass der Druck des Kältemittels in dem verengenden Element 210 auf einem niedrigeren Druckniveau (z.B. auf einem Druckniveau in einem Bereich von ungefähr 10 bar bis ungefähr 70 bar, beispielsweise von ungefähr 10 bar bis ungefähr 40 bar, beispielsweise von ungefähr 40 bar bis ungefähr 70 bar) fällt; und nach dem verengenden Element 210 (z.B. beim Eintritt in dem mindestens einen Kanal 102) folgt eine weitere Expansion des Kältemittels und der Druck des Kältemittels fällt weiter ab, beispielsweise auf einem Sublimationsdruckniveau (z.B. auf einem Druckniveau in einem Bereich von ungefähr 0 bar bis ungefähr 5 bar) .
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Wärmeübertrager 100 aufweisen mindestens einen Kanal 102 zum Führen von Kältemittel, und mindestens ein verengendes Element 210, welches stromaufwärts relativ zu dem mindestens einen Kanal 102 angeordnet ist, wobei der mindestens eine Kanal 102 eine Querschnittsfläche aufweist, welche größer ist als eine Querschnittsfläche (z.B. eine Innenquerschnittsfläche) des mindestens einen verengenden Elements 210, so dass eine Sublimation des Kältemittels in dem mindestens einen Kanal 102 ermöglicht wird.
Fig . 2G veranschaulicht einen Behälter 106 und einen Kanal 102 eines Wärmeübertragers 100 in einer schematischen Darstellung gemäß verschiedenen Ausführungsformen .
Die Übersichtigkeit halber sind nur den ersten Behälter 106 und den mindestens einen Kanal 102 in Fig.2G gezeigt. Es verstehet sich, dass auch die anderem Elemente des Wärmeübertragers 100 (z.B. der zweite Behälter 106, das mindestens eine Wärmeübertragungselement 104, etc.) vorhanden sind.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der mindestens eine Kanal 102 (z.B. mittels Löten) in den ersten Behälter 106 eingebracht werden. Beim Verbinden des mindestens einen Kanals 102 mit dem ersten Behälter 106 sollte darauf geachtet werden, dass sich der erste Abschnitt 102-1 dabei nicht verformt (z.B. wegen thermischer Dehnung) bzw. verschlossen (z.B. wegen des Lotmittels) wird.
Beispielsweise kann der mindestens eine Kanal 102 in den ersten Behälter 106 derart hereinragen, dass der erste Abschnitt 102-1 ausreichend von der Verbindungsstelle (z.B. von der Lötstelle) zwischen dem mindestens einen Kanal 102 und dem ersten Behälter 106 entfernt ist, so dass unerwünschte Modifikationen des ersten Abschnitts 102-1 (anders ausgedrückt der Drosselstelle) vermieden werden können. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der mindestens eine Kanal 102 auf einer derartigen Tiefe tE in den ersten Behälter 106 eingeführt werden, dass unerwünschte Modifikationen des ersten Abschnitts 102-1 vermieden werden können .
In dem Fall, dass ein verengendes Element 210 verwendet wird, um die Querschnittfläche des ersten Abschnitts 102-1 zu reduzieren bzw. einen zusätzlichen Teil des mindestens einen Kanals 102 zu bilden, kann das verengende Element 210 ein Material aufweisen, welches von dem verwendeten Lotmittel nicht benetzt wird.
Im Folgenden werden mögliche Anordnungen für eine Kälteanlage beschrieben, welche den hierin beschriebenen Wärmeübertrager 100 aufweist. Es versteht sich, dass die Anordnungen beispielhaft gewählt sind, und auch andere beliebig geeignete Anordnungen und Komponenten möglich sind.
Fig . 3 veranschaulicht eine Kälteanlage 300 aufweisend einen Wärmeübertrager 100 in einer schematischen Darstellung gemäß verschiedenen Ausführungsformen .
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Wärmeübertrager 100 in eine Kälteanlage 300 (z.B. in ein Kühlungssystem) eingesetzt sein oder werden, so dass die Kälteanlage 300 auch für ein Sublimation-basiertes Kühlungsverfahren, und somit zur Kühlung auf einem Temperaturniveau von unter -50 °C, verwendet werden kann. Die Kälteanlage 300 kann eine herkömmliche (z.B. Kaltdampf-basierte ) Kälteanlage sein, in der ein Verdampfer durch den hierin beschriebenen Wärmeübertrager 100 ersetzt wurde .
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Kälteanlage 300 einen Verdichter 312 (z.B. einen Hubkolbenverdichter, einen Schraubenverdichter, einen Rotationskompressor, einen Zentrifugalkompressor, einen Scroll-Kompressor, etc.) aufweisen, welcher stromabwärts relativ zu dem Wärmeübertrager 100 angeordnet ist. Die Kälteanlage 300 kann derart eingerichtet sein, dass das von dem Wärmeübertrager 100 ausgegebene Kältemittel, welches sich nach der Sublimation in einem gasförmigen Aggregatzustand befindet, dem Verdichter 312 zugeführt wird. Beispielsweise kann der Verdichter 312 in (z.B. fluidischer) Verbindung mit dem Wärmeübertrager 100 stehen, z.B. können der Verdichter 312 und der Wärmeübertrager 100 miteinander (z.B. mittels einer Leitung, wie einer Saugleitung) verbunden sein oder werden. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Verdichter 312 eingerichtet sein, das Kältemittel aus dem Austritt des Wärmeübertragers 100 (z.B. aus dem zweiten Behälter 108, wie beispielsweise aus einem Gasausgang des zweiten Behälters 108) anzusaugen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Verdichter 312 eingerichtet sein, das Kältemittel zu verdichten. Der Verdichter 312 kann somit beispielsweise eingerichtet sein, dass dieser das Kältemittel auf einem Niederdruck (z.B. auf einem Druckniveau in einem Bereich von ungefähr 0 bar bis ungefähr 5 bar) empfängt, und das Kältemittel auf einem Hochdruck (z.B. auf einem Druckniveau in einem Bereich von ungefähr 10 bar bis ungefähr 160 bar, beispielsweise von ungefähr 70 bar bis ungefähr 140 bar, beispielsweise von ungefähr 40 bar bis ungefähr 70 bar) ausgibt.
Der Verdichter 312 kann ferner eingerichtet sein, das Kältemittel in die Kälteanlage 300 umzuwälzen, so dass das Kältemittel in die Kälteanlage 300 umlaufen kann. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Kälteanlage 300 einen wärmeabgebenden Wärmeübertrager 314 (z.B. einen Verflüssiger, einen Gaskühler, etc.) aufweisen, welcher stromabwärts relativ zu dem Verdichter 312 angeordnet ist. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Kälteanlage 300 derart eingerichtet sein, dass das von dem Verdichter 312 verdichtete Kältemittel dem wärmeabgebenden Wärmeübertrager 314 zugeführt wird. Beispielsweise kann der wärmeabgebende Wärmeübertrager 314 in (z.B. fluidischer) Verbindung mit dem Verdichter 312 stehen, z.B. können der wärmeabgebende Wärmeübertrager 314 und der Verdichter 312 miteinander (z.B. mittels einer Leitung, wie einer Gasleitung) verbunden sein oder werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der wärmeabgebende Wärmeübertrager 314 stromaufwärts relativ zu dem Wärmeübertrager 100 angeordnet sein. Somit kann die Kälteanlage 300 derart eingerichtet sein, dass das von dem wärmeabgebenden Wärmeübertrager 314 ausgegebenen Kältemittel dem Wärmeübertrager 100 (z.B. dem ersten Behälter 106) zugeführt wird. Beispielsweise kann der wärmeabgebende Wärmeübertrager 314 in (z.B. fluidischer) Verbindung mit dem Wärmeübertrager 100 (z.B. mit dem ersten Behälter 106) stehen, z.B. können der wärmeabgebende Wärmeübertrager 314 und der Wärmeübertrager 100 miteinander (z.B. mittels einer Leitung, wie einer Flüssigkeitsleitung) verbunden sein oder werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der wärmeabgebende Wärmeübertrager 314 derart eingerichtet sein, dass das Kältemittel in den wärmeabgebenden Wärmeübertrager 314 fließt und dieses in einer Wärmeübertragungsbeziehung mit einem sekundären Fluid (z.B. Luft, Wasser, Salzwasser, etc.) ist, so dass Wärme von dem Kältemittel entzogen und in dem sekundären Fluid aufgenommen wird, wenn das Kältemittel in den wärmeabgebenden Wärmeübertrager 314 fließt. Somit kann das Kältemittel gekühlt werden. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das von dem wärmeabgebenden Wärmeübertrager 314 ausgegebene Kältemittel sich in einem Hochdruckzustand befinden (z.B. der Druck des Kältemittels kann in einem Bereich von ungefähr 10 bar bis ungefähr 160 bar sein, beispielsweise von ungefähr 70 bar bis ungefähr 140 bar, beispielsweise von ungefähr 40 bar bis ungefähr 70 bar) .
Alternativ oder zusätzlich kann der wärmeabgebende Wärmeübertrager 314 derart eingerichtet sein, dass das Kältemittel in den wärmeabgebenden Wärmeübertrager 314 fließt und dieses in einer Wärmeübertragungsbeziehung mit einem zweiten Kältemittel ist. Beispielsweise kann der wärmeabgebende Wärmeübertrager 314 in einer Wärmeübertragungsbeziehung mit einem anderen Wärmeübertrager (z.B. mit einem anderen Kühlkreislauf) sein, so dass Wärme von dem in den wärmeabgebenden Wärmeübertrager 314 fließenden Kältemittel entzogen und in das in den anderen Wärmeübertrager (z.B. in den anderen Kühlkreislauf) fließende zweite Kältemittel aufgenommen werden kann.
Der Druck des Kältemittels in dem ersten Behälter 106 des Wärmeübertragers 100, sowie der Druck des Kältemittels beim Eintritt des ersten Abschnitts 102-1 des mindestens einen Kanals 102, beeinflusst den kritischen Massestrom, welcher der maximale Massestrom repräsentiert, welcher in die Drosselstelle (z.B. in den ersten Abschnitt 102-1) fließen kann. Der kritische Massestrom beispielsweise steigt mit steigendem Eintrittsdruck (z.B. mit steigendem Druck des Kältemittels beim Eintritt des ersten Abschnitts 102-1) . Mittels eines erhöhten Massestroms kann eine erhöhte Kälteleistung erreicht werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Kälteanlage 300 ferner ein Steuersystem bzw. ein Regelsystem mit einer Regelschleife aufweisen. Das Steuersystem bzw. das Regelsystem kann eingerichtet sein, die Komponente der Kälteanlage 300 zu steuern bzw. die Betriebsbedingungen der Komponente der Kälteanlage 300 zu regeln.
Eine Regelung des Drucks (z.B. des Hochdrucks) des von dem wärmeabgebenden Wärmeübertrager 314 ausgegebenen Kältemittels, und somit eine Regelung des Drucks dem Wärmeübertrager 100 zugeführten Kältemittels, kann zur Folge haben, dass der Massestrom in dem ersten Behälter 106 und/oder in dem ersten Abschnitt 102-1 geregelt werden kann. Eine Erhöhung des Hochdrucks kann den kritischen Massestrom erhöhen, wodurch die Überhitzung des Kältemittels gesenkt bzw. die Kälteleistung erhöht wird. Die Regelung des Hochdrucks kann beispielsweise mittels einer Regelung des Temperaturniveaus des wärmeabgebenden Wärmeübertragers 314 erfolgen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Steuersystem bzw. das Regelsystem eingerichtet sein, den wärmeabgebenden Wärmeübertrager 314 derart zu steuern bzw. zu regeln, dass der Druck des von dem wärmeabgebenden Wärmeübertrager 314 ausgegebenen Kältemittels erhöht (bzw. verringert) wird, so dass der Massestrom des Kältemittels in dem ersten Behälter 106 erhöht (bzw. verringert) wird. Beispielsweise können das Steuersystem bzw. das Regelsystem eingerichtet sein, den wärmeabgebenden Wärmeübertrager 314 derart zu steuern bzw. zu regeln, dass der Druck des von dem wärmeabgebenden Wärmeübertrager 314 ausgegebenen Kältemittels erhöht (bzw. verringert) wird, so dass der Massestrom erhöht (bzw. verringert) wird und/oder die Überhitzung des Kältemittels verringert (bzw. erhöht) wird.
Die Kälteanlage 300 kann optional ein Ventil 316 (z.B. ein Drosselventil, ein Kapillarrohr, ein Expansionsventil, wie beispielsweise ein thermostatisches Expansionsventil, ein elektronisches Expansionsventil, ein Handexpansionsventil, etc.) aufweisen, welches stromabwärts relativ zu dem wärmeabgebenden Wärmeübertrager 314 und stromaufwärts relativ zu dem Wärmeübertrager 100 (z.B. zwischen dem wärmeabgebenden Wärmeübertrager 314 und dem Wärmeübertrager 100) angeordnet sein kann.
Mittels des Ventils 316 kann die Überhitzung und/oder die Kälteleistung gesteuert bzw. geregelt werden. Allerdings strömt zweiphasiges (z.B. flüssig/gasförmig) Kältemittel oder überkritisches Kältemittel in den ersten Behälter 106. Ein flüssiger/gasförmiger Eintrittszustand in den ersten Behälter 106 hat eine schlechtere Verteilung als ein rein flüssiger oder überkritischer Eintrittszustand zur Folge.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Kälteanlage 300 derart eingerichtet sein, dass das von dem wärmeabgebenden Wärmeübertrager 314 ausgegebenen Kältemittel dem Ventil 316 zugeführt wird. Beispielsweise kann das Ventil 316 in (z.B. fluidischer) Verbindung mit dem wärmeabgebenden Wärmeübertrager 314 stehen, z.B. können das Ventil 316 und der wärmeabgebende Wärmeübertrager 314 miteinander (z.B. mittels einer Leitung, wie einer Gasleitung, einer Flüssigkeitsleitung, etc.) verbunden sein oder werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Kälteanlage 300 derart eingerichtet sein, dass das von dem Ventil 316 ausgegebene Kältemittel dem Wärmeübertrager 100 zugeführt wird. Beispielsweise kann das Ventil 316 in (z.B. fluidischer) Verbindung mit dem Wärmeübertrager 100 stehen, z.B. können das Ventil 316 und der Wärmeübertrager 100 miteinander (z.B. mittels einer Leitung, wie einer Gasleitung, einer Flüssigkeitsleitung, etc.) verbunden sein oder werden.
Das Ventil 316 kann derart eingerichtet sein, dass der Druck des Kältemittels reduziert wird, wenn dieses in das Ventil 316 fließt, so dass das Ventil 316 verwendet werden kann, um den Druck des dem Wärmeübertrager 100 zugeführten Kältemittels zu regulieren. Anschaulich kann das Ventil 316 somit verwendet werden, um den Druck des Kältemittels in dem ersten Behälter 106 sowie in dem ersten Abschnitt 102-1 zu regulieren. Dies hat zur Folge, dass der Massestrom bzw. die Kälteleistung in dem Wärmeübertrager 100 mittels des Ventils 316 angepasst werden können .
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Steuersystem bzw. das Regelsystem eingerichtet sein, das Ventil 316 derart zu steuern bzw. zu regeln, dass der Druck des von dem Ventil 316 ausgegebenen Kältemittels erhöht (bzw. verringert) wird, so dass der Massestrom des Kältemittels in dem Wärmeübertrager 100 (z.B. in dem ersten Behälter 106) erhöht (bzw. verringert) wird. In dieser Ausgestaltung können zwei Expansionsstufen realisiert werden. Die erste Expansionsstufe wird mittels des Ventils 316 realisiert und die zweite Expansionsstufe befindet sich in dem mindestens einen Kanal 102 (z.B. nach der von dem ersten Abschnitt 102-1 bereitgestellten Drosselung) .
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Kälteanlage 300 ferner ein Absperrventil (nicht gezeigt) aufweisen, welches (z.B. direkt) stromaufwärts relativ zu dem Wärmeübertrager 100 angeordnet sein kann. Das Absperrventil kann derart eingerichtet sein, dass, wenn dieses geschlossen ist, kein Kältemittel in das Absperrventil fließen kann, und dass, wenn dieses geöffnet ist, das Kältemittel in das Absperrventil fließen kann.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Absperrventil derart eingerichtet sein, dass dieses geschlossen bleibt, wenn ein Kühlungsprozess gestartet wird, bis ein minimaler Saugdruck mittels des Verdichters 312 (z.B. durch eine Kältemittelabsaugung des Verdichters 312) erreicht wird. Das Absperrventil kann somit derart eingerichtet sein, dass dieses erst nach Erreichen des minimal zulässigen Saugdrucks öffnet bzw. geöffnet wird.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Absperrventil eingerichtet sein, dass dieses im Betrieb bei Überschreitung eines maximal zulässigen Saugdrucks geschlossen wird. Mittels des Absperrventils kann daher die Strömung des Kältemittels in den Wärmeübertrager 100 in geeigneter Weise ermöglicht (bzw. verhindert) werden, wenn das Druckniveau in der Kälteanlage 300 für den gewünschten Betrieb des Wärmeübertragers 100 geeignet ist (z.B. zum Erzielen einer Sublimation des Kältemittels in dem zweiten Abschnitt 102-2 des mindestens einen Kanal 102 des Wärmeübertragers 100) . Ferner kann das Absperrventil eingerichtet sein, während eines Anlagestillstands geschlossen zu bleiben, um die Betriebsdruckniveaus aufrecht zu erhalten.
Wie oben dargestellt wurde, kann der zweite Behälter 108 des Wärmeübertragers 100 als Feststoffabscheider eingerichtet sein oder werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Kälteanlage 300 einen Feststoffabscheider (nicht gezeigt) aufweisen, welcher stromabwärts relativ zu dem Wärmeübertrager 100 angeordnet sein kann. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Feststoffabscheider eingerichtet sein, das von dem Wärmeübertrager 100 ausgegebene Kältemittel zu empfangen; das gasförmige Kältemittel dem Verdichter 312 bereitzustellen; und das feste Kältemittel (z.B. feste Kältemittelbestandteile, wie beispielsweise feste Partikel von Kältemittel) anzusammeln. Auf diese Weise kann der Verdichter 312 vor Schäden durch festes Kältemittel geschützt werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Kälteanlage 300 ferner einen Partikelfilter (nicht gezeigt) aufweisen, welcher eingerichtet ist, kältemittelfremde Partikel zu binden. Der Partikelfilter kann in jeder geeigneten Stelle in der Kälteanlage 300 angeordnet sein, so dass die in die Kälteanlage 300 zirkulierenden kältemittelfremden Partikel blockiert werden können. Damit kann eine Verstopfung der Drosselstelle (z.B. des mindestens einen Kanals 102 und/oderdes ersten Abschnitts 102-1 des mindestens einen Kanals 102) wegen der kältemittelfremden Partikel vermieden werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Kälteanlage 300 einen inneren Wärmeübertrager (nicht gezeigt) aufweisen, zum Übertragen von Wärme an das Sauggas am Austritt des Wärmeübertragers 100. Die Wärme kann dem Kühlungsprozess beispielsweise nach dem wärmeabgebenden Wärmeübertrager 314 entzogen werden. In dieser Ausgestaltung können die Effizienz des Prozesses und die Kälteleistung erhöht werden.
Fig . 4 veranschaulicht eine Kälteanlage 300 aufweisend einen Wärmeübertrager 100 in einer schematischen Darstellung gemäß verschiedenen Ausführungsformen .
Wie oben dargestellt wurde kann der erste Behälter 106 als Abscheider (z.B. als Mitteldruckabscheider) eingerichtet sein oder werden. In einer solchen Ausgestaltung kann der erste Behälter 106 eine Erhöhung oberhalb des obersten Kanals 102 (z.B. oberhalb des mindesten einen Kanals 102 bzw. oberhalb des obersten Kanals 102 der Mehrzahl von Kanälen 102) aufweisen. Beispielsweise kann sich der erste Behälter 106 oberhalb des obersten Kanals 102 erstrecken.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der erste Behälter 106 einen Gasausgang aufweisen, welcher beispielsweise in der Erhöhung angeordnet sein kann, und die Kälteanlage 300 kann derart eingerichtet sein, dass das von dem Gasausgang des ersten Behälters 106 ausgegebene gasförmige Kältemittel dem Verdichter 312 zugeführt wird. Beispielsweise kann die Kälteanlage 300 derart eingerichtet sein, dass das von dem Gasausgang des ersten Behälters 106 ausgegebene gasförmige Kältemittel zusammen mit dem von dem Wärmeübertrager 100 (z.B. von dem zweiten Behälter 108) ausgegebenen gasförmigen Kältemittel dem Verdichter 312 zugeführt wird.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Kälteanlage 300 optional ein zusätzliches Ventil 418 (z.B. ein Drosselventil, ein Kapillarrohr, ein Expansionsventil, wie beispielsweise ein thermostatisches Expansionsventil, ein elektronisches Expansionsventil, ein Handexpansionsventil, etc.) aufweisen, welches derart eingerichtet sein kann, dass der Druck des Kältemittels reduziert wird, wenn dieses in das zusätzliche Ventil 418 fließt, und welches stromabwärts relativ zu dem Gasausgang des ersten Behälters 106 (z.B. zwischen dem Gasausgang des ersten Behälters 106 und dem Verdichter 312) angeordnet sein kann. Das zusätzliche Ventil 418 kann in (z.B. fluidischer) Verbindung mit dem Gasausgang des ersten Behälters 106 stehen, beispielsweise können das zusätzliche Ventil 418 und der Gasausgang des ersten Behälters 106 miteinander (z.B. mittels einer Leitung, wie einer Gasleitung) verbunden sein oder werden.
Das zusätzliche Ventil 418 kann somit verwendet werden, um den Druck des von dem Gasausgang des ersten Behälters 106 empfangenen Kältemittels zu reduzieren, so dass sich dieses auf einem gleichen oder ähnlichen Druckniveau befindet wie das von dem Wärmeübertrager 100 (z.B. von dem zweiten Behälter 108) ausgegebene gasförmige Kältemittel. Beispielsweise kann das zusätzliche Ventil 418 derart eingerichtet sein, dass dieses das Kältemittel von dem Gasausgang des ersten Behälters 106 auf einem Mitteldruckniveau (z.B. auf einem Druckniveau in einem Bereich von ungefähr 10 bar bis ungefähr 70 bar, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 10 bar bis ungefähr 40 bar, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 40 bar bis ungefähr 70 bar) empfängt, und der Druck des Kältemittels auf einem Niederdruckniveau (z.B. auf einem Druckniveau in einem Bereich von ungefähr 0 bar bis ungefähr 5 bar) reduziert. Somit kann das anfallende Mitteldruckgas über das zusätzliche Ventil 418 dem Sauggas des Verdichters 312 zugeführt werden.
Alternativ oder zusätzlich kann der Verdichter 312 derart eingerichtet sein, dass gasförmiges Kältemittel auf Mitteldruckniveau (z.B. auf einem Druckniveau in einem Bereich von ungefähr 10 bar bis ungefähr 70 bar, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 10 bar bis ungefähr 40 bar, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 40 bar bis ungefähr 70 bar) innerhalb des Verdichtungsprozesses zugeführt werden kann (eine so genannte Zwischeneinspritzung) . In dieser Ausgestaltung kann der Verdichter 312 derart eingerichtet sein, dass dieser Kältemittel von dem Gasausgang des ersten Behälters 106 (z.B. direkt) empfängt, ohne dass der Druck des Kältemittels reduziert wird. Beispielsweise kann der Verdichter 312 einen ersten Eingang und einen zweiten Eingang aufweisen, wobei der Verdichter 312 eingerichtet ist, Kältemittel von dem zweiten Behälter 108 durch den ersten Eingang zu empfangen (anders ausgedrückt anzusaugen) , und Kältemittel von dem Gasausgang des ersten Behälters 106 durch den zweiten Eingang zu empfangen. Das von dem Gasausgang des ersten Behälters 106 empfangene Kältemittel kann somit innerhalb des Verdichtungsprozesses zugeführt werden, z.B. nachdem das von dem zweiten Behälter 108 empfangene Kältemittel verdichtet wird .
Wie oben dargestellt wurde, kann der zweite Behälter 108 als Feststoffabscheider (z.B. als Zyklonabscheider) eingerichtet sein. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der zweite Behälter 108 des Wärmeübertragers 100 eine Erweiterung unterhalb des untersten Kanals 102 (z.B. unterhalb des mindesten einen Kanals 102 bzw. unterhalb des untersten Kanals 102 der Mehrzahl von Kanälen 102) aufweisen. Beispielsweise kann sich der zweite Behälter 108 unterhalb des untersten Kanals 102 erstrecken. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der zweite Behälter 108 derart eingerichtet sein, dass dieses gasförmiges Kältemittel aus einem Gasausgang ausgibt, und dass festes Kältemittel (z.B. feste Kältemittelbestandteile, wie beispielsweise feste Partikel von Kältemittel) ansammelt. Beispielsweise kann der zweite Behälter 108 eingerichtet sein, das feste Kältemittel in der Erweiterung anzusammeln .
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Kälteanlage 300 derart eingerichtet sein, dass das von dem zweiten Behälter 108 ausgegebene gasförmige Kältemittel dem Verdichter 312 zugeführt wird. Somit kann das Ansaugen von festem Kältemittel durch den Verdichter 312 vermieden werden.
Alternativ oder zusätzlich kann der zweite Behälter 108 einen zweiten Ausgang aufweisen, durch welchen auch feste Kältemittelbestandteile (z.B. feste Partikel von Kältemittel) ausgegeben und dem Verdichter 312 bereitgestellt werden können. Beispielsweise können die Erweiterung des zweiten Behälters 108 und der Verdichter 312 miteinander in (z.B. fluidischer) Verbindung sein. In dieser Ausgestaltung kann der zweite Behälter 108 derart eingerichtet sein, dass die dem Verdichter 312 bereitgestellten festen Kältemittelbestandteile derart dimensioniert sind, dass diese auf dem Weg zum Verdichter 312 sublimieren können und somit keine Schäden im Verdichter 312 anrichten. Somit kann ermöglicht werden, dass Kältemaschinenöl, welches von dem Verdichter 312 ausgegeben wird und sich nach Zirkulation in dem Kreislauf in dem zweiten Behälter 108 (z.B. in der Erweiterung des zweiten Behälters 108) ansammelt, wieder dem Verdichter 312 zugeführt werden kann.
Um eine Überhitzung des Kältemittels zu regeln, kann die Überhitzung am Boden des zweiten Behälters 108 (z.B. am Boden des Feststoffabscheiders ) erfasst werden. Dort stellt sich eine Überhitzung nur ein, wenn keine festen Kältemittelbestandteile den mindestens einen Kanal 102 (bzw. die Kanäle 102 der Mehrzahl von Kanälen 102) verlassen. Bei der Messung der Überhitzung an einer anderen Stelle im oder nach dem zweiten Behälters 108 (z.B. im oder nach dem Feststoffabscheider) kann eine Überhitzung festgestellt werden, obwohl festes Kältemittel den mindestens einen Kanal 102 verlässt, da das Kältemittel nicht im thermischen Gleichgewicht vorliegt.
Fig . 5 veranschaulicht eine Kälteanlage 300 aufweisend einen Wärmeübertrager 100 in einer schematischen Darstellung gemäß verschiedenen Ausführungsformen .
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Kälteanlage 300 einen zweiten Verdichter 520 (z.B. einen Hubkolbenverdichter, einen Schraubenverdichter, einen Rotationskompressor, einen Zentrifugalkompressor, einen Scroll-Kompressor, etc.) aufweisen, so dass eine zweistufige Verdichtung des Kältemittels implementiert werden kann. Der zweite Verdichter 520 kann beispielsweise stromabwärts relativ zu dem ersten Verdichter 312 angeordnet sein.
In einer solchen Ausgestaltung kann der wärmeabgebende Wärmeübertrager 314 auf Umgebungstemperatur-Niveau vorliegen, was zu hohen Druckverhältnisse und Verdichtungsendtemperaturen führt. Der zweite Verdichter 520 kann somit verwendet werden, um solche hohe Druckverhältnisse zu erreichen.
In dieser Ausgestaltung kann auf das zusätzliche Ventil 418 verzichtet werden, und das von dem ersten Behälter 106 (z.B. von dem Gasausgang des ersten Behälters 106) ausgegebene gasförmige Kältemittel kann dem zweiten Verdichter 520 (z.B. direkt) zugeführt werden. Die zweistufige Verdichtung ermöglicht, dass der Druck des von dem ersten Behälter 106 (z.B. von dem Gasausgang des ersten Behälters 106) ausgegebenen gasförmigen Kältemittels nicht auf einem Niederdruckniveau reduziert werden sollte. Dies hat zur Folge, dass eine höhere Effizienz des Prozesses (z.B. des Verdichtungsprozesses) erreicht werden kann.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Kälteanlage 300 derart eingerichtet sein, dass das von dem ersten Behälter 106 (z.B. von dem Gasausgang des ersten Behälters 106) ausgegebene gasförmige Kältemittel zusammen mit dem von dem Verdichter 312 ausgegebene verdichtete Kältemittel dem zweiten Verdichter 520 zugeführt wird. Beispielsweise können der Gasausgang des ersten Behälters 106 und dem zweiten Verdichter 520 miteinander in Verbindung stehen, z.B. können der Gasausgang des ersten Behälters 106 und der zweite Verdichter 520 miteinander (z.B. mittels einer Leitung, wie einer Gasleitung) verbunden sein oder werden. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der zweite Verdichter 520 eingerichtet sein, das Kältemittel von dem ersten Behälter 106 (z.B. von dem Gasausgang des ersten Behälters 106) anzusaugen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Steuersystem bzw. das Regelsystem eingerichtet sein, den zweiten Verdichter 520 (z.B. eine Drehzahl des zweiten Verdichters 520) zu steuern bzw. zu regeln. Beispielsweise kann eine Erhöhung der Drehzahl des zweiten Verdichters 520 zu einer Reduzierung des Drucks (z.B. des Mitteldrucks) im ersten Behälter 106 führen. Mit anderen Worten, kann das Steuersystem bzw. das Regelsystem eingerichtet sein, den zweiten Verdichter 520 (z.B. die Drehzahl des zweiten Verdichters 520) derart zu steuern bzw. zu regeln, dass der Druck des Kältemittels im ersten Behälter 106 erhöht (bzw. verringert) werden kann. Somit kann mittels der Steuerung bzw. Regelung des zweiten Verdichters 520 auch die Überhitzung des Kältemittels geregelt werden.
Fig . 6 veranschaulicht eine Kälteanlage 300 aufweisend einen Wärmeübertrager 100 in einer schematischen Darstellung gemäß verschiedenen Ausführungsformen .
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Kälteanlage 300 einen Abscheider 622 (z.B. einen Mitteldruckabscheider) aufweisen, welcher stromaufwärts relativ zu dem Wärmeübertrager 100 angeordnet sein kann. Der Abscheider 622 kann eingerichtet sein, gasförmiges Kältemittel vom flüssigen Kältemittel abzuscheiden .
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Kälteanlage 300 derart eingerichtet sein, dass das von dem Abscheider 622 ausgegebene flüssige Kältemittel dem Wärmeübertrager 100 zugeführt wird. Beispielsweise kann der Abscheider 622 einen Gasausgang und einen Flüssigkeitsausgang aufweisen, und der Flüssigkeitsausgang kann mit dem Wärmeübertrager 100 (z.B. mit dem ersten Behälter 106) verbunden sein oder werden. Somit kann nur flüssiges oder überkritisches Kältemittel dem ersten Behälter 106 zugeführt werden. Mittels des Abscheiders 622 und des damit verbunden flüssigen oder überkritischen Eintritts in dem ersten Behälter 106, kann das Kältemittel in effizienterer Weise zugeführt bzw. verteilt werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Kälteanlage 300 derart eingerichtet sein, dass das von dem Abscheider 622 ausgegebene gasförmige Kältemittel dem Verdichter 312 zugeführt wird .
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Kälteanlage 300 ein anderes Ventil 624 (z.B. ein Drosselventil, ein Kapillarrohr, ein Expansionsventil, wie beispielsweise ein thermostatisches Expansionsventil, ein elektronisches Expansionsventil, ein Handexpansionsventil, etc.) aufweisen, welches derart eingerichtet sein kann, dass der Druck des Kältemittels reduziert wird, wenn dieses in das andere Ventil 624 fließt, und welches stromabwärts relativ zu dem Gasausgang des Abscheiders 622 und stromaufwärts relativ zu dem Verdichter 312 angeordnet sein kann. Das andere Ventil 624 kann in (z.B. fluidischer) Verbindung mit dem Gasausgang des Abscheiders 622 stehen, z.B. können das andere Ventil 624 und der Gasausgang des Abscheiders 622 miteinander (z.B. mittels einer Leitung, wie einer Gasleitung) verbunden sein oder werden.
Das andere Ventil 624 kann somit verwendet werden, um den Druck des von dem Gasausgang des Abscheiders 622 ausgegebenen Kältemittels zu reduzieren, so dass sich dieses auf einem gleichen oder ähnlichen Druckniveau befindet wie das von dem Wärmeübertrager 100 (z.B. von dem zweiten Behälter 108) ausgegebene gasförmige Kältemittel. Beispielsweise kann das andere Ventil 624 derart eingerichtet sein, dass dieses das Kältemittel von dem Gasausgang des Abscheiders 622 auf einem Mitteldruckniveau (z.B. auf einem Druckniveau in einem Bereich von ungefähr 10 bar bis ungefähr 70 bar, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 10 bar bis ungefähr 40 bar, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 40 bar bis ungefähr 70 bar) empfängt, und der Druck des Kältemittels auf einem Niederdruckniveau (z.B. auf einem Druckniveau in einem Bereich von ungefähr 0 bar bis ungefähr 5 bar) reduziert. Somit kann das anfallende Mitteldruckgas über das andere Ventil 624 dem Sauggas des Verdichters 312 zugeführt werden.
Es versteht sich, dass auch weitere Elemente in der Kälteanlage 300 vorhanden sein können. Beispielsweise können Temperatursensoren und/oder Drucksensoren vorgesehen sein, um die Temperatur und/oder den Druck des Kältemittels in verschiedenen Bereichen des Kühlkreislaufs zu erfassen. Die erfasste Temperatur und/oder der erfasste Druck können als Feedbackparameter verwendet werden, um die Betriebsparameter der Elemente der Kälteanlage 300 (z.B. die Betriebsparameter des Ventils 316, des anderen Ventils 624, des Verdichters 312, etc.) zu steuern bzw. zu regeln.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Steuersystem bzw. das Regelsystem eingerichtet sein, das Ventil 316 und/oder das andere Ventil 624 basierend auf der erfassten Temperatur und oder auf dem erfassten Druck zu steuern bzw. zu regeln. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Steuersystem bzw. das Regelsystem eingerichtet sein, den Verdichter 312 (z.B. eine Drehzahl des Verdichters 312) oder den zweiten Verdichter 520 (z.B. eine Drehzahl des zweiten Verdichters 520) basierend auf der erfassten Temperatur und oder auf dem erfassten Druck zu steuern bzw. zu regeln. Beispielsweise kann das Ventil 316 für den subkritischen Betrieb nach einer vorgegeben Unterkühlung gesteuert bzw. geregelt werden. Wenn der daraus resultierende Eingangsdruck einen maximalen vorgegeben subkritischen Hochdruck erreicht, sollte das Ventil 316 nach dem vorgegeben maximalen vorgegeben subkritischen Hochdruck gesteuert bzw. geregelt werden.
Das andere Ventil 624 kann den Druck (z.B. den Mitteldruck) im Abscheider 622 regeln. Aus einer Erhöhung des Drucks (z.B. des Mitteldrucks) ergeben sich ein erhöhter kritischer Massestrom und damit eine höhere Kälteleistung und eine geringere Überhitzung. Beispielsweise kann das Steuersystem bzw. das Regelsystem eingerichtet sein, das andere Ventil 624 derart zu steuern bzw. zu regeln, dass der Druck des von dem anderen Ventil 624 ausgegebenen Kältemittels erhöht (bzw. verringert) wird, so dass der Druck des Kältemittels in dem Abscheider 622 erhöht (bzw. verringert) wird. Beispielsweise kann das Steuersystem bzw. das Regelsystem eingerichtet sein, das andere Ventil 624 derart zu steuern bzw. zu regeln, dass der Druck des von dem anderen Ventil 624 ausgegebenen Kältemittels erhöht (bzw. verringert) wird, so dass der Massestrom des Kältemittels in dem Abscheider 622 erhöht (bzw. verringert) wird.
Der maximale Druck (z.B. der maximale Mitteldruck) ist durch einen Sollhochdruck vor dem Ventil 316 begrenzt. Der minimale Druck (z.B. der minimale Mitteldruck) ist durch den davon abhängigen minimalen kritischen Druck begrenzt, der oberhalb des Tripeldrucks des Kältemittels liegen sollte. Innerhalb dieses Druckbereiches kann das andere Ventil 624 auch nach der Kälteleistung oder nach der Überhitzung gesteuert bzw. geregelt werden. Bei transkritischem Betrieb kann beispielsweise der Druck (z.B. der Mitteldruck) auf unterkritischem Druckniveau mittels des anderen Ventils 624 gehalten werden.
Die Regelung der Überhitzung kann mittels der Veränderung des Volumenstroms des Verdichters 312 erfolgen. Beispielsweise erniedrigt eine Erhöhung des Volumenstroms des Verdichters 312 den Sublimationsdruck und erhöht die Überhitzung. Die Kälteleistung wird nur leicht um den Anteil der zusätzlichen Überhitzung erhöht. Begrenzungen ergeben sich über den maximalen Sublimationsdruck und den minimal zulässigen Saugdruck. Mit anderen Worten, kann das Steuersystem bzw. das Regelsystem eingerichtet sein, den Verdichter 312 (z.B. die Drehzahl des Verdichters 312) derart zu steuern bzw. zu regeln, dass der Druck des Kältemittels (z.B. in dem Wärmeübertrager 100) erhöht (bzw. verringert) werden kann. Somit kann mittels der Steuerung bzw. Regelung des Verdichters 312 (z.B. der Drehzahl des Verdichters 312) auch die Überhitzung des Kältemittels geregelt werden.
In einer Ausgestaltung kann das Steuersystem bzw. das Regelsystem eingerichtet sein, das andere Ventil 624 derart zu steuern bzw. zu regeln, dass der Druck (z.B. der Mitteldruck) im Abscheider 622 auf überkritischen Druck unterhalb oder gleich dem Hochdruck (z.B. auf einem Druckniveau in einem Bereich von ungefähr 10 bar bis ungefähr 160 bar, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 70 bar bis ungefähr 140 bar, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 40 bar bis ungefähr 70 bar) erhöht wird, so dass überkritisches Kältemittel dem Wärmeübertrager 100 (z.B. der von dem ersten Abschnitt 102-1 bereitgestellte Drosselstelle) bereitgestellt wird und in dem zweiten Abschnitt 102-2 des mindestens einen Kanals 102 des Wärmeübertragers 100 expandiert. Eine solche Erweiterung des Mitteldruckbereiches um den überkritischen Druckbereich kann den Bereich der Leistungsregelung durch die Erhöhung des kritischen Massestroms in der Drosselstelle (z.B. in dem ersten Abschnitt 102-1) vergrößern.
Wie oben dargestellt wurde, kann die Kälteanlage 300 einen inneren Wärmeübertrager aufweisen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der innere Wärmeübertrager stromabwärts relativ zu dem Flüssigkeitsausgang des Abscheiders 622 angeordnet sein, so dass eine Unterkühlung des flüssigen Kältemittels ermöglicht wird. Dies hat zur Folge, dass weniger oder keiner Blasenbildung wegen äußeren Wärmeeintrags im ersten Behälter 106 geschieht, und damit zu einer stabileren Zuführung bzw. zu einer stabileren Verteilung des Kältemittels führt. Fig . 7 veranschaulicht eine Kälteanlage 300 aufweisend einen Wärmeübertrager 100 in einer schematischen Darstellung, gemäß verschiedenen Ausführungsformen .
In dieser Ausgestaltung kann die Kälteanlage 300 den zweiten Verdichter 520 und den Abscheider 622 aufweisen, welchen eingerichtet wie oben dargestellt sein können.
In dieser Ausgestaltung kann auf das andere Ventil 624 verzichtet werden, und das von dem Abscheider 622 (z.B. von dem Gasausgang des Abscheiders 622) ausgegebene gasförmige Kältemittel kann dem zweiten Verdichter 520 zugeführt werden. Die zweistufige Verdichtung ermöglicht, dass der Druck des von dem Abscheider 622 (z.B. von dem Gasausgang des Abscheiders 622) ausgegebenen gasförmigen Kältemittels nicht auf einem Niederdruckniveau reduziert werden sollte.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Kälteanlage 300 derart eingerichtet sein, dass das von dem Abscheider 622 (z.B. von dem Gasausgang des Abscheiders 622) ausgegebene gasförmige Kältemittel dem zweiten Verdichter 520 zugeführt wird, beispielsweise zusammen mit dem von dem Verdichter 312 ausgegebenen verdichteten Kältemittel.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Steuersystem bzw. das Regelsystem eingerichtet sein, den zweiten Verdichter 520 (z.B. eine Drehzahl des zweiten Verdichters 520) zu steuern bzw. zu regeln. Beispielsweise kann eine Erhöhung der Drehzahl des zweiten Verdichters 520 zu einer Reduzierung des Drucks (z.B. des Mitteldrucks) im Abscheider 622 führen. Mit anderen Worten, kann das Steuersystem bzw. das Regelsystem eingerichtet sein, den zweiten Verdichter 520 (z.B. die Drehzahl des zweiten Verdichters 520) derart zu steuern bzw. zu regeln, dass der Druck des Kältemittels im Abscheider 622 erhöht (bzw. verringert) werden kann. Somit kann mittels der Steuerung bzw. Regelung des zweiten Verdichters 520 auch die Überhitzung des Kältemittels geregelt werden. Die Kälteanlage 300 kann aber auch zusätzlich das andere Ventil 624 aufweisen, um eine weitere Möglichkeit zur Regelung des Drucks im Abscheider 622 bereitzustellen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Kälteanlage 300 einen anderen Wärmeübertrager (nicht gezeigt) aufweisen, welcher stromabwärts relativ zu dem Verdichter 312 angeordnet sein kann, z.B. zwischen dem Gasausgang des Abscheiders 622 und dem Austritt des Verdichters 312. Beispielsweise kann der andere Wärmeübertrager stromaufwärts relativ zu dem zweiten Verdichter 520 angeordnet sein. In dieser Ausgestaltung kann die Kälteanlage 300 derart eingerichtet sein, dass das von dem Verdichter 312 ausgegebene verdichtete Kältemittel mittels des anderen Wärmeübertragers gekühlt werden kann. Eine solche Kühlung ermöglicht, dass ein größerer Massestrom von Kältemittel in den zweiten Verdichter 520 strömen kann, und dass die Effizienz des Verdichtungsprozesses erhöht werden kann .
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Kühlungsverfahren zum Kühlen eines Fluids mittels Sublimation eines Kältemittels das Bereitstellen eines Kältemittels zu einem Wärmeübertrager 100 aufweisen. Der Wärmeübertrager 100 kann wie oben dargestellt eingerichtet sein und kann mindestens einen Kanal 102 zum Führen von Kältemittel aufweisen. Das dem Wärmeübertrager 100 bereitgestellte Kältemittel kann sich in einem nicht-festen (z.B. in einem flüssigen, gasförmigen, flüssig/gasförmigen, überkritischen) Aggregatzustand befinden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Kühlungsverfahren das Führen des Kältemittels in den mindestens einen Kanal 102 des Wärmeübertragers 100 aufweisen. Der mindestens eine Kanal 102 kann einen ersten Abschnitt 102-1 und einen zweiten Abschnitt 102-2 aufweisen, wobei der erste Abschnitt 102-1 in Bezug auf eine Strömungsrichtung des Kältemittels in dem mindestens einen Kanal 102 stromaufwärts relativ zu dem zweiten Abschnitt 102-2 angeordnet ist, wobei der zweite Abschnitt 102-2 eine Querschnittsfläche aufweist, welche größer ist als eine Querschnittsfläche des ersten Abschnitts 102-1 so dass eine Sublimation des Kältemittels in dem zweiten Abschnitt 102-2 ermöglicht wird.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Kühlungsverfahren das Führen des Kältemittels in den ersten Abschnitt 102-1 des mindestens einen Kanals 102 des Wärmeübertragers 100 aufweisen, wobei die Querschnittsfläche des ersten Abschnitts 102-1 derart dimensioniert sein kann, dass eine Sublimation des Kältemittels in dem ersten Abschnitt 102-1 verhindert wird.
Beispielsweise kann die Querschnittsfläche des ersten Abschnitts 102-1 derart dimensioniert sein, dass sich das Kältemittel in dem ersten Abschnitt 102-1 in einem nicht-festen (z.B. flüssigen, gasförmigen, flüssig/gasförmigen, überkritischen, etc.) Aggregatzustand befindet.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Kühlungsverfahren das Führen des Kältemittels in den zweiten Abschnitt 102-2 des mindestens einen Kanals 102 des Wärmeübertragers 100 aufweisen.
Beispielsweise kann die Querschnittsfläche des zweiten Abschnitts 102-2 derart dimensioniert sein, dass das Kältemittel in einem zumindest teilweise festen (z.B. festen/gasförmigen) Aggregatzustand in dem zweiten Abschnitt 102-2 expandiert wird.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Kühlungsverfahren das Bereitstellen einer Wärmeübertragung zwischen dem in den zweiten Abschnitt 102-2 fließenden Kältemittel und dem zu kühlenden Fluid, so dass das in den zweiten Abschnitt 102-2 fließende Kältemittel sublimieren und das zu kühlende Fluid gekühlt werden kann.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Kühlungsverfahrens ergeben sich aus der Beschreibung des Wärmeübertragers 100 und der Kälteanlage 300 und umgekehrt. Der hierin beschriebene Wärmeübertrager 100, die hierin beschriebene Kälteanlage 300 und das hierin beschriebene Kühlungsverfahren können in Anwendungen eingesetzt werden, welche eine tiefe Kühlung (z.B. auf einem Temperaturniveau unterhalb von -50°C) erfordern.
Eine mögliche Anwendung liegt in der Simulation klimatischer Bedingungen, beispielsweise zum Testen von Einrichtungen und/oder Komponenten bei extrem niedrigen Temperaturen. Eine weitere mögliche Anwendung liegt in Medizinmethode, welche eine solche niedrige Temperatur benötigen.
Im Folgenden werden verschiedene Beispiele beschrieben, die sich auf das vorangehend Beschriebene und Dargestellte beziehen .
Beispiel 1 ist ein Wärmeübertrager, welcher mindestens einen Kanal zum Führen von Kältemittel aufweisen kann, wobei der mindestens eine Kanal einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt aufweist; wobei der erste Abschnitt in Bezug auf eine Strömungsrichtung des Kältemittels in dem mindestens einen Kanal stromaufwärts relativ zu dem zweiten Abschnitt angeordnet ist; wobei der zweite Abschnitt eine Querschnittsfläche aufweist, welche größer ist als eine Querschnittsfläche des ersten Abschnitts, so dass eine Sublimation des Kältemittels in dem zweiten Abschnitt ermöglicht wird.
In Beispiel 2 kann der Wärmeübertrager gemäß Beispiel 1 optional ferner aufweisen, dass der mindestens eine Kanal mehrere Rohre (z.B. mehrere Minikanäle, mehrere Minikanal-Rohre, etc.) aufweist.
In Beispiel 3 kann der Wärmeübertrager gemäß Beispiel 1 oder 2 optional ferner aufweisen, dass der Wärmeübertrager derart eingerichtet ist, dass sich ein in den mindestens einen Kanal fließendes Kältemittel in einer Wärmeübertragungsbeziehung mit einem zu kühlenden Fluid befinden kann. In Beispiel 4 kann der Wärmeübertrager gemäß einem der Beispiele 1 bis 3 optional ferner aufweisen, dass der Wärmeübertrager derart eingerichtet ist, dass sich ein in den zweiten Abschnitt fließendes Kältemittel in einer Wärmeübertragungsbeziehung mit einem zu kühlenden Fluid befinden kann.
In Beispiel 5 kann der Wärmeübertrager gemäß einem der Beispiele 1 bis 4 optional ferner aufweisen, dass der zweite Abschnitt direkt neben dem ersten Abschnitt angeordnet ist.
In Beispiel 6 kann der Wärmeübertrager gemäß einem der Beispiele 1 bis 5 optional ferner aufweisen, dass der erste Abschnitt derart eingerichtet ist, dass dieser eine Drosselstelle am Eintritt des mindestens einen Kanals bereitstellt .
In Beispiel 7 kann der Wärmeübertrager gemäß einem der Beispiele 1 bis 6 optional ferner aufweisen, dass die Querschnittfläche des ersten Abschnitts derart dimensioniert ist, dass einen Abfall des Drucks eines in den ersten Abschnitt fließenden Kältemittels geschieht.
Beispielsweise kann die Querschnittsfläche des ersten Abschnitts derart dimensioniert sein, dass ein Kältemittel sich vor dem ersten Abschnitt auf einem Hochdruckniveau (z.B. auf einem Druckniveau in einem Bereich von ungefähr 10 bar bis ungefähr 160 bar, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 70 bar bis ungefähr 140 bar, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 40 bar bis ungefähr 70 bar) befindet; in dem ersten Abschnitt erreicht das Kältemittel eine kritische (Schall-) Geschwindigkeit, so dass der Druck des Kältemittels in dem ersten Abschnitt auf einem niedrigeren Druckniveau (z.B. auf einem Druckniveau in einem Bereich von ungefähr 10 bar bis ungefähr 70 bar, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 10 bar bis ungefähr 40 bar, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 40 bar bis ungefähr 70 bar) fällt; und nach dem ersten Abschnitt (z.B. beim Eintritt in dem zweiten Abschnitt) folgt eine weitere Expansion des Kältemittels und der Druck des Kältemittels fällt weiter ab (z.B. auf einem Druckniveau in einem Bereich von ungefähr 0 bar bis ungefähr 5 bar, z.B. auf einem Sublimationsdruckniveau) .
In Beispiel 8 kann der Wärmeübertrager gemäß einem der
Beispiele 1 bis 7 optional ferner aufweisen, dass die
Querschnittfläche des ersten Abschnitts derart dimensioniert ist, dass eine Sublimation des Kältemittels in dem ersten Abschnitt verhindert wird.
In Beispiel 9 kann der Wärmeübertrager gemäß einem der
Beispiele 1 bis 8 optional ferner aufweisen, dass die
Querschnittfläche des ersten Abschnitts derart dimensioniert ist, dass sich das Kältemittel in dem ersten Abschnitt in einem nicht festen (z.B. flüssigen, gasförmigen, flüssig/gasförmigen, überkritischen, etc.) Aggregatzustand befindet bzw. befinden kann .
In Beispiel 10 kann der Wärmeübertrager gemäß einem der
Beispiele 1 bis 9 optional ferner aufweisen, dass die
Querschnittfläche des ersten Abschnitts derart dimensioniert ist, dass sich das Kältemittel auf einem Druckniveau in dem ersten Abschnitt (z.B. bis zum Austritt des ersten Abschnitts) befindet, welches größer ist als das Druckniveau des
Tripelpunktes des Kältemittels.
In Beispiel 11 kann der Wärmeübertrager gemäß einem der
Beispiele 1 bis 10 optional ferner aufweisen, dass die
Querschnittsfläche des ersten Abschnitts derart dimensioniert ist, dass der vom Druck beim Eintritt des ersten Abschnitts abhängige kritische Massestrom durch den ersten Abschnitt erreicht wird.
In Beispiel 12 kann der Wärmeübertrager gemäß einem der
Beispiele 1 bis 11 optional ferner aufweisen, dass die
Querschnittfläche des ersten Abschnitts und die Querschnittfläche des zweiten Abschnitts derart dimensioniert sind, dass sich ein in den mindestens einen Kanal fließendes Kältemittel auf einem derartigen Druckniveau (z.B. auf Atmosphärendruckniveau) stromabwärts relativ zu dem ersten Abschnitt (z.B. in dem zweiten Abschnitt) befindet, dass die Sublimation des Kältemittels ermöglicht wird.
In Beispiel 13 kann der Wärmeübertrager gemäß einem der
Beispiele 1 bis 12 optional ferner aufweisen, dass die
Querschnittsfläche des ersten Abschnitts und die Querschnittsfläche des zweiten Abschnitts derart dimensioniert sind, dass das Kältemittel in einen zumindest teilweise festen (z.B. festen/gasförmigen) Aggregatzustand in dem zweiten Abschnitt expandiert wird.
In Beispiel 14 kann der Wärmeübertrager gemäß einem der
Beispiele 1 bis 13 optional ferner aufweisen, dass der erste Abschnitt eine Querschnittfläche in einem Bereich von ungefähr 0.0001 mm2 bis ungefähr 0.8 mm2 aufweist, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 0.001 mm2 bis ungefähr 0.5 mm2, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 0.005 mm2 bis ungefähr 0.25 mm2.
In Beispiel 15 kann der Wärmeübertrager gemäß einem der
Beispiele 1 bis 14 optional ferner aufweisen, dass der zweite Abschnitt eine Querschnittfläche in einem Bereich von ungefähr 0.01 mm2 bis ungefähr 400 mm2 aufweist, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 0.1 mm2 bis ungefähr 100 mm2, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 0.5 mm2 bis ungefähr 50 mm2, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 1 mm2 bis ungefähr 20 mm2.
In Beispiel 16 kann der Wärmeübertrager gemäß einem der
Beispiele 1 bis 15 optional ferner aufweisen, dass die
Querschnittsfläche des ersten Abschnitts und die Querschnittsfläche des zweiten Abschnitts derart dimensioniert sind, dass sich das Kältemittel auf einem Druckniveau in einem Bereich von ungefähr 0 bar bis ungefähr 5 bar in dem zweiten Abschnitt befindet. In Beispiel 17 kann der Wärmeübertrager gemäß einem der Beispiele 1 bis 16 optional ferner aufweisen, dass das Kältemittel Kohlenstoffdioxid aufweist.
In Beispiel 18 kann der Wärmeübertrager gemäß einem der Beispiele 1 bis 17 optional ferner aufweisen, dass das Kältemittel ein kohlenwasserstoffbasierendes Kältemittel aufweist .
Beispielsweise kann das Kältemittel HFKW und/oder HFCKW und/oder HFO und/oder R170 und/oder R290 und/oder R600 etc. aufweisen .
In Beispiel 19 kann der Wärmeübertrager gemäß einem der Beispiele 1 bis 18 optional ferner aufweisen, dass das Kältemittel eine Mischung aus einer Mehrzahl von voneinander unterschiedlichen Kältemitteln aufweist.
In Beispiel 20 kann der Wärmeübertrager gemäß einem der Beispiele 1 bis 19 optional ferner einen ersten Behälter (z.B. einen Verteilerbehälter) aufweisen, welcher eingerichtet ist, das Kältemittel dem mindestens einen Kanal zuzuführen.
Beispielsweise kann der erste Behälter eingerichtet sein, das Kältemittel auf die mehreren Rohre (z.B. auf die mehreren Minikanäle) des mindestens einen Kanals (z.B. gleichmäßig) zu verteilen .
In Beispiel 21 kann der Wärmeübertrager gemäß Beispiel 20 optional ferner aufweisen, dass der erste Behälter derart eingerichtet ist, dass sich ein in den ersten Behälter fließendes Kältemittel auf einem Druckniveau befindet, welches oberhalb des Druckniveaus des Triplepunkts des Kältemittels ist .
In Beispiel 22 kann der Wärmeübertrager gemäß Beispiel 20 oder 21 optional ferner aufweisen, dass der erste Behälter derart eingerichtet ist, dass sich das Kältemittel auf einem Mitteldruckniveau oder Hochdruckniveau (z.B. auf einem Druckniveau in einem Bereich von ungefähr 10 bar bis ungefähr 160 bar, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 70 bar bis ungefähr 140 bar, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 40 bar bis ungefähr 70 bar, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 10 bar bis ungefähr 40 bar, etc.) in dem ersten Behälter befindet.
In Beispiel 23 kann der Wärmeübertrager gemäß einem der Beispiele 20 bis 22 optional ferner aufweisen, dass der erste Behälter derart eingerichtet ist, dass sich ein in den ersten Behälter fließendes Kältemittel in einem nicht festen (z.B. flüssigen, gasförmigen, flüssig/gasförmigen, überkritischen, etc.) Aggregatzustand befindet.
In Beispiel 24 kann der Wärmeübertrager gemäß einem der Beispiele 20 bis 23 optional ferner aufweisen, dass der erste Behälter als Abscheider (z.B. als Mitteldruckabscheider) eingerichtet ist.
Beispielsweise kann der erste Behälter eingerichtet sein, das flüssige Kältemittel dem mindestens einen Kanal zuzuführen und das gasförmige Kältemittel aus einem Gasausgang auszugeben.
In Beispiel 25 kann der Wärmeübertrager gemäß einem der Beispiele 1 bis 24 optional ferner einen zweiten Behälter (z.B. einen Sammelbehälter) aufweisen, welcher eingerichtet ist, das von dem mindestens einen Kanal ausgegebene Kältemittel zu empfangen .
In Beispiel 26 kann der Wärmeübertrager gemäß Beispiel 25 optional ferner aufweisen, dass der zweite Behälter als Feststoffabscheider (z.B. als Zyklonabscheider) eingerichtet ist .
Beispielsweise kann der zweite Behälter derart eingerichtet sein, dass dieser gasförmiges Kältemittel aus einem ersten Ausgang ausgibt und festes Kältemittel (z.B. feste Kältemittelbestandteile, wie beispielsweise feste Partikel von Kältemittel) ansammelt. In Beispiel 27 kann der Wärmeübertrager gemäß einem der
Beispiele 1 bis 26 optional ferner aufweisen, dass der erste
Abschnitt einen kreisförmigen oder einen elliptischen Querschnitt aufweist.
In Beispiel 28 kann der Wärmeübertrager gemäß einem der
Beispiele 1 bis 26 optional ferner aufweisen, dass der erste
Abschnitt einen quadratischen oder einen rechteckigen oder einen mehreckigen Querschnitt aufweist.
In Beispiel 29 kann der Wärmeübertrager gemäß einem der
Beispiele 1 bis 28 optional ferner aufweisen, dass der
Querschnitt des ersten Abschnitts eine Größe entlang einer
Richtung senkrecht zu der Strömungsrichtung des Kältemittels in dem mindestens einen Kanal (z.B. eine Höhe, eine Breite, einen Durchmesser, eine Kantenlänge, etc.) in einem Bereich von ungefähr 0.01 mm bis ungefähr 0.5 mm aufweist, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 0.01 mm bis ungefähr 0.2 mm, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 0.02 mm bis ungefähr 0.1 mm, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 0.02 mm bis ungefähr 0.05 mm.
Beispielsweise kann die Größe des Querschnitts des ersten Abschnitts kleiner als 0.1 mm sein.
In Beispiel 30 kann der Wärmeübertrager gemäß einem der
Beispiele 1 bis 29 optional ferner aufweisen, dass der zweite Abschnitt einen kreisförmigen oder elliptischen Querschnitt aufweist .
In Beispiel 31 kann der Wärmeübertrager gemäß einem der
Beispiele 1 bis 29 optional ferner aufweisen, dass der zweite Abschnitt einen quadratischen oder einen rechteckigen oder einen mehreckigen Querschnitt aufweist.
In Beispiel 32 kann der Wärmeübertrager gemäß einem der Beispiele 1 bis 31 optional ferner aufweisen, dass der Querschnitt des zweiten Abschnitts eine Größe entlang einer Richtung senkrecht zu der Strömungsrichtung des Kältemittels in dem mindestens einen Kanal (z.B. eine Höhe, eine Breite, einen Durchmesser, eine Kantenlänge, etc.) in einem Bereich von ungefähr 0.1 mm bis ungefähr 20 mm aufweist, beispielsweise von ungefähr 0.5 mm bis ungefähr 10 mm, von ungefähr 1 mm bis ungefähr 5 mm.
In Beispiel 33 kann der Wärmeübertrager gemäß einem der Beispiele 1 bis 32 optional ferner aufweisen, dass die Querschnittsfläche des ersten Abschnitts mittels Stauchens des mindestens einen Kanals bereitgestellt (anders ausgedrückt reduziert) wird.
In Beispiel 34 kann der Wärmeübertrager gemäß einem der Beispiele 1 bis 33 optional ferner aufweisen, dass der mindestens eine Kanal ein verengendes Element (z.B. eine Hülse, eine Lochscheibe, ein Lochblech, eine Kappe, etc.) aufweist, welches in dem ersten Abschnitt angeordnet ist, so dass die Querschnittsfläche des ersten Abschnitts reduziert ist.
In Beispiel 35 kann der Wärmeübertrager gemäß einem der Beispiele 1 bis 33 optional ferner aufweisen, dass ein verengendes Element am Eintritt des mindestens einen Kanals angeordnet (z.B. befestigt, wie beispielsweise gelötet, etc.) ist .
Beispielsweise kann das verengende Element als erster Abschnitt des mindestens einen Kanals dienen, und der mindestens eine Kanal kann als zweiter Abschnitt des mindestens einen Kanals dienen .
Beispiel 36 ist ein Wärmeübertrager aufweisend mindestens einen Kanal zum Führen von Kältemittel, und mindestens ein verengendes Element, welches stromaufwärts relativ zu dem mindestens einen Kanal angeordnet ist, wobei der mindestens eine Kanal eine Querschnittsfläche aufweist, welche größer ist als eine Querschnittsfläche (z.B. eine Innenquerschnittsfläche) des mindestens einen verengenden Elements, so dass eine Sublimation des Kältemittels in dem mindestens einen Kanal ermöglicht wird.
In Beispiel 37 kann der Wärmeübertrager gemäß Beispiel 36 optional ferner aufweisen, dass das mindestens eine verengende Element am Eintritt des mindestens einen Kanals angeordnet (z.B. befestigt, wie beispielsweise gelötet, etc.) angeordnet ist .
Beispiel 38 ist eine Kälteanlage aufweisend einen Wärmeübertrager gemäß einem der Beispiele 1 bis 37.
Die Kälteanlage kann optional ein Steuersystem bzw. ein Regelsystem mit einer Regeschleife aufweisen. Das Steuersystem bzw. das Regelsystem kann eingerichtet sein, die Komponente der Kälteanlage zu steuern bzw. die Betriebsbedingungen der Komponente der Kälteanlage zu regeln.
Die Kälteanlage kann optional einen Verdichter aufweisen, welcher stromabwärts relativ zu dem Wärmeübertrager angeordnet ist .
Die Kälteanlage kann optional einen wärmeabgebenden Wärmeübertrager aufweisen. Beispielsweise kann der wärmeabgebende Wärmeübertrager stromabwärts relativ zu dem Verdichter angeordnet sein. Beispielsweise kann der wärmeabgebende Wärmeübertrager stromaufwärts relativ zu dem Wärmeübertrager (z.B. relativ zu dem ersten Behälter des Wärmeübertragers) angeordnet sein.
In Beispiel 39 kann die Kälteanlage gemäß Beispiel 38 optional ferner aufweisen, dass das Steuersystem bzw. das Regelsystem eingerichtet ist, den Verdichter (z.B. die Drehzahl des Verdichters) derart zu steuern bzw. zu regeln, dass der Druck des Kältemittels (z.B. in dem Wärmeübertrager) erhöht (bzw. verringert) werden kann.
In Beispiel 40 kann die Kälteanlage gemäß Beispiel 38 oder 39 optional ferner aufweisen, dass das Steuersystem bzw. das Regelsystem eingerichtet ist, den wärmeabgebenden Wärmeübertrager derart zu steuern bzw. zu regeln, dass der Druck des von dem wärmeabgebenden Wärmeübertrager ausgegebenen Kältemittels erhöht (bzw. verringert) wird, so dass der Massestrom des Kältemittels in dem ersten Behälter erhöht (bzw. verringert) wird.
In Beispiel 41 kann die Kälteanlage gemäß einem der Beispiele 38 bis 40 optional ferner aufweisen, dass das Steuersystem bzw. das Regelsystem eingerichtet ist, den wärmeabgebenden Wärmeübertrager derart zu steuern bzw. zu regeln, dass der Druck des von dem wärmeabgebenden Wärmeübertrager ausgegebenen Kältemittels erhöht (bzw. verringert) wird, so dass die Überhitzung des Kältemittels verringert (bzw. erhöht) wird.
In Beispiel 42 kann die Kälteanlage gemäß einem der Beispiele 38 bis 41 optional ein Ventil (z.B. ein Drosselventil, ein Kapillarrohr, ein Expansionsventil, wie beispielsweise ein thermostatisches Expansionsventil, ein elektronisches Expansionsventil, ein Handexpansionsventil, etc.) aufweisen. Das Ventil kann derart eingerichtet sein, dass der Druck des Kältemittels reduziert wird, wenn dieses in das Ventil fließt.
Beispielsweise kann das Ventil stromabwärts relativ zu dem wärmeabgebenden Wärmeübertrager und stromaufwärts relativ zu dem Wärmeübertrager (z.B. zwischen dem wärmeabgebenden Wärmeübertrager und dem Wärmeübertrager) angeordnet sein.
In Beispiel 43 kann die Kälteanlage gemäß Beispiel 42 optional ferner aufweisen, dass das Steuersystem bzw. das Regelsystem eingerichtet ist, das Ventil derart zu steuern bzw. zu regeln, dass der Druck des von dem Ventil ausgegebenen Kältemittels erhöht (bzw. verringert) wird, dass der Massestrom des Kältemittels in dem Wärmeübertrager (z.B. in dem ersten Behälter) erhöht (bzw. verringert) wird.
In Beispiel 44 kann die Kälteanlage gemäß einem der Beispiele 38 bis 43 optional ferner aufweisen, dass der erste Behälter des Wärmeübertragers als Abscheider (z.B. als Mitteldruckabscheider) eingerichtet ist, und dass die Kälteanlage eingerichtet ist, dass das von dem ersten Behälter ausgegebene gasförmige Kältemittel dem Verdichter zugeführt wird .
In Beispiel 45 kann die Kälteanlage gemäß Beispiel 44 optional ferner ein zusätzliches Ventil (z.B. ein Drosselventil, ein Kapillarrohr, ein Expansionsventil, wie beispielsweise ein thermostatisches Expansionsventil, ein elektronisches Expansionsventil, ein Handexpansionsventil, etc.) aufweisen. Das zusätzliche Ventil kann derart eingerichtet sein, dass der Druck des Kältemittels reduziert wird, wenn dieses in das zusätzliche Ventil fließt.
Beispielsweise kann das zusätzliche Ventil stromabwärts relativ zu einem Gasausgang des ersten Behälters (z.B. zwischen dem Gasausgang des ersten Behälters und dem Verdichter) angeordnet sein .
In Beispiel 46 kann die Kälteanlage gemäß einem der Beispiele 38 bis 45 optional ferner aufweisen, dass der zweite Behälter des Wärmeübertragers als Feststoffabscheider eingerichtet ist. Beispielsweise kann eine Überhitzung des Kältemittels am Boden des zweiten Behälters erfasst werden.
In Beispiel 47 kann die Kälteanlage gemäß einem der Beispiele 38 bis 46 optional ferner einen zweiten Verdichter (z.B. einen Hubkolbenverdichter, einen Schraubenverdichter, einen Rotationskompressor, einen Zentrifugalkompressor, einen Scroll- Kompressor, etc.) aufweisen. Der zweite Verdichter kann beispielsweise stromabwärts relativ zu dem Verdichter angeordnet sein.
Beispielsweise kann die Kälteanlage derart eingerichtet sein, dass das von dem ersten Behälter (z.B. von dem Gasausgang des ersten Behälters) ausgegebene gasförmige Kältemittel zusammen mit dem von dem Verdichter ausgegebene verdichtete Kältemittel dem zweiten Verdichter zugeführt wird. In Beispiel 48 kann die Kälteanlage gemäß Beispiel 47 optional ferner aufweisen, dass das Steuersystem bzw. das Regelsystem eingerichtet ist, den zweiten Verdichter (z.B. eine Drehzahl des zusätzlichen Verdichters) derart zu steuern bzw. zu regeln, dass der Druck des Kältemittels im ersten Behälter erhöht (bzw. verringert) wird.
In Beispiel 49 kann die Kälteanlage gemäß einem der Beispiele 38 bis 48 optional ferner einen Abscheider (z.B. einen Mitteldruckabscheider) aufweisen. Der Abscheider kann eingerichtet sein, gasförmiges Kältemittel vom flüssigen Kältemittel abzuscheiden. Der Abscheider kann stromaufwärts relativ zu dem Wärmeübertrager angeordnet sein. Beispielsweise kann die Kälteanlage derart eingerichtet sein, dass das von dem Abscheider ausgegebene gasförmige Kältemittel dem Verdichter und/oder dem zweiten Verdichter zugeführt wird.
In Beispiel 50 kann die Kälteanlage gemäß Beispiel 49 optional ferner ein anderes Ventil (z.B. ein Drosselventil, ein Kapillarrohr, ein Expansionsventil, wie beispielsweise ein thermostatisches Expansionsventil, ein elektronisches Expansionsventil, ein Handexpansionsventil, etc.) aufweisen. Das andere Ventil kann derart eingerichtet sein, dass der Druck des Kältemittels reduziert wird, wenn dieses in das andere Ventil fließt. Das andere Ventil kann stromabwärts relativ zu einem Gasausgang des Abscheiders angeordnet sein.
In Beispiel 51 kann die Kälteanlage gemäß Beispiel 50 optional ferner aufweisen, dass das Steuersystem bzw. das Regelsystem eingerichtet ist, das andere Ventil derart zu steuern bzw. zu regeln, dass der Druck des von dem anderen Ventil ausgegebenen Kältemittels erhöht (bzw. verringert) wird, so dass der Druck des Kältemittels in dem Abscheider erhöht (bzw. verringert) wird .
In Beispiel 52 kann die Kälteanlage gemäß Beispiel 50 oder 51 optional ferner aufweisen, dass das Steuersystem bzw. das Regelsystem eingerichtet ist, das andere Ventil derart zu steuern bzw. zu regeln, dass der Druck des von dem anderen Ventil ausgegebenen Kältemittels erhöht (bzw. verringert) wird, so dass der Massestrom des Kältemittels in dem Abscheider erhöht (bzw. verringert) wird.
In Beispiel 53 kann die Kälteanlage gemäß einem der Beispiele 50 bis 52 optional ferner aufweisen, dass das Steuersystem bzw. das Regelsystem eingerichtet ist, das andere Ventil derart zu steuern bzw. zu regeln, dass der Druck (z.B. der Mitteldruck) im Abscheider auf überkritischen Druck unterhalb oder gleich dem Hochdruck (z.B. auf einem Druckniveau in einem Bereich von ungefähr 10 bar bis ungefähr 160 bar, beispielsweise von ungefähr 70 bar bis ungefähr 140 bar, beispielsweise von ungefähr 40 bar bis ungefähr 70 bar) erhöht wird.
In Beispiel 54 kann die Kälteanlage gemäß Beispiel 47 oder 48 und gemäß einem der Beispiele 49 bis 53 optional ferner aufweisen, dass das Steuersystem bzw. das Regelsystem eingerichtet ist, den zweiten Verdichter (z.B. die Drehzahl des zweiten Verdichters) derart zu steuern bzw. zu regeln, dass der Druck des Kältemittels im Abscheider erhöht (bzw. verringert) wird .
Beispiel 55 ist ein Kühlungsverfahren zum Kühlen eines Fluids mittels Sublimation eines Kältemittels, welches das Folgende aufweist: Bereitstellen eines Kältemittels einem Wärmeübertrager, wobei der Wärmeübertrager mindestens einen Kanal zum Führen von Kältemittel aufweist; Führen des Kältemittels in den mindestens einen Kanal, wobei der mindestens eine Kanal einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt aufweist, wobei der erste Abschnitt in Bezug auf eine Strömungsrichtung des Kältemittels in dem mindestens einen Kanal stromaufwärts relativ zu dem zweiten Abschnitt angeordnet ist, wobei der zweite Abschnitt eine Querschnittsfläche aufweist, welche größer ist als eine Querschnittsfläche des ersten Abschnitts so dass eine Sublimation des Kältemittels in dem zweiten Abschnitt ermöglicht wird; Bereitstellen einer Wärmeübertragung zwischen dem in den zweiten Abschnitt fließenden Kältemittel und dem zu kühlenden Fluid, so dass das in den zweiten Abschnitt fließende Kältemittel sublimieren und das zu kühlende Fluid gekühlt werden kann.
In Beispiel 56 kann das Kühlungsverfahren gemäß Beispiel 55 optional ferner aufweisen, dass das dem Wärmeübertrager bereitgestellte Kältemittel sich in einem nicht festen (z.B. flüssigen, gasförmigen, flüssig/gasförmigen, überkritischen, etc.) Aggregatzustand befindet.
In Beispiel 57 kann das Kühlungsverfahren gemäß Beispiel 55 oder 56 optional ferner das Führen des Kältemittels in einen ersten Abschnitt des mindestens einen Kanals des Wärmeübertragers aufweisen, wobei die Querschnittsfläche des ersten Abschnitts derart dimensioniert ist, dass eine Sublimation des Kältemittels in dem ersten Abschnitt verhindert wird .
In Beispiel 58 kann das Kühlungsverfahren gemäß einem der Beispiele 55 bis 57 optional ferner das Führen des Kältemittels in einen zweiten Abschnitt des mindestens einen Kanals des Wärmeübertragers aufweisen.
In Beispiel 59 kann das Kühlungsverfahren gemäß einem der Beispiele 55 bis 58 optional ferner aufweisen, dass der mindestens eine Kanal mehrere Rohre (z.B. mehrere Minikanäle, mehrere Minikanal Rohre) aufweist.
In Beispiel 60 kann das Kühlungsverfahren gemäß einem der Beispiele 55 bis 59 optional ferner aufweisen, dass der Wärmeübertrager derart eingerichtet ist, dass sich ein in den mindestens einen Kanal fließendes Kältemittel in einer Wärmeübertragungsbeziehung mit einem zu kühlenden Fluid befinden kann.
In Beispiel 61 kann das Kühlungsverfahren gemäß einem der Beispiele 55 bis 60 optional ferner aufweisen, dass der Wärmeübertrager derart eingerichtet ist, dass sich ein in den zweiten Abschnitt fließendes Kältemittel in einer Wärmeübertragungsbeziehung mit einem zu kühlenden Fluid befinden kann. In Beispiel 62 kann das Kühlungsverfahren gemäß einem der Beispiele 55 bis 61 optional ferner aufweisen, dass der zweite Abschnitt direkt neben dem ersten Abschnitt angeordnet ist.
In Beispiel 63 kann das Kühlungsverfahren gemäß einem der Beispiele 55 bis 62 optional ferner aufweisen, dass der erste Abschnitt derart eingerichtet ist, dass dieser eine Drosselstelle am Eintritt des mindestens einen Kanals bereitstellt .
In Beispiel 64 kann das Kühlungsverfahren gemäß einem der Beispiele 55 bis 63 optional ferner aufweisen, dass die Querschnittfläche des ersten Abschnitts derart dimensioniert ist, dass einen Abfall des Drucks eines in den ersten Abschnitt fließenden Kältemittels geschieht.
Beispielsweise kann die Querschnittsfläche des ersten Abschnitts derart dimensioniert sein, dass ein Kältemittel sich vor dem ersten Abschnitt auf einem Hochdruckniveau (z.B. auf einem Druckniveau in einem Bereich von ungefähr 10 bar bis ungefähr 160 bar, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 70 bar bis ungefähr 140 bar, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 40 bar bis ungefähr 70 bar) befindet; in dem ersten Abschnitt erreicht das Kältemittel eine kritische (Schall-) Geschwindigkeit, so dass der Druck des Kältemittels in dem ersten Abschnitt auf einem niedrigeren Druckniveau (z.B. auf einem Druckniveau in einem Bereich von ungefähr 10 bar bis ungefähr 70 bar, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 10 bar bis ungefähr 40 bar, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 40 bar bis ungefähr 70 bar) fällt; und nach dem ersten Abschnitt (z.B. beim Eintritt in dem zweiten Abschnitt) folgt eine weitere Expansion des Kältemittels und der Druck des Kältemittels fällt weiter ab (z.B. auf einem Druckniveau in einem Bereich von ungefähr 0 bar bis ungefähr 5 bar, z.B. auf einem Sublimationsdruckniveau) .
In Beispiel 65 kann das Kühlungsverfahren gemäß einem der Beispiele 55 bis 64 optional ferner aufweisen, dass die Querschnittfläche des ersten Abschnitts derart dimensioniert ist, dass eine Sublimation des Kältemittels in dem ersten Abschnitt verhindert wird.
In Beispiel 66 kann das Kühlungsverfahren gemäß einem der Beispiele 55 bis 65 optional ferner aufweisen, dass die Querschnittfläche des ersten Abschnitts derart dimensioniert ist, dass sich das Kältemittel in dem ersten Abschnitt in einem nicht festen (z.B. flüssigen, gasförmigen, flüssig/gasförmigen, überkritischen, etc.) Aggregatzustand befindet bzw. befinden kann .
In Beispiel 67 kann das Kühlungsverfahren gemäß einem der Beispiele 55 bis 66 optional ferner aufweisen, dass die Querschnittfläche des ersten Abschnitts derart dimensioniert ist, dass sich das Kältemittel auf einem Druckniveau in dem ersten Abschnitt (z.B. bis zum Austritt des ersten Abschnitts) befindet, welches größer ist als das Druckniveau des Tripelpunktes des Kältemittels.
In Beispiel 68 kann das Kühlungsverfahren gemäß einem der Beispiele 55 bis 67 optional ferner aufweisen, dass die Querschnittsfläche des ersten Abschnitts derart dimensioniert ist, dass der vom Druck beim Eintritt des ersten Abschnitts abhängige kritische Massestrom durch den ersten Abschnitt erreicht wird.
In Beispiel 69 kann das Kühlungsverfahren gemäß einem der Beispiele 55 bis 68 optional ferner aufweisen, dass die Querschnittfläche des ersten Abschnitts und die Querschnittfläche des zweiten Abschnitts derart dimensioniert sind, dass sich ein in den mindestens einen Kanal fließendes Kältemittel auf einem derartigen Druckniveau (z.B. auf Atmosphärendruckniveau) stromabwärts relativ zu dem ersten Abschnitt (z.B. in dem zweiten Abschnitt) befindet, dass die Sublimation des Kältemittels ermöglicht wird.
In Beispiel 70 kann das Kühlungsverfahren gemäß einem der Beispiele 55 bis 69 optional ferner aufweisen, dass die Querschnittsfläche des ersten Abschnitts und die Querschnittsfläche des zweiten Abschnitts derart dimensioniert sind, dass das Kältemittel in einen zumindest teilweise festen (z.B. festen/gasförmigen) Aggregatzustand in dem zweiten Abschnitt expandiert wird.
In Beispiel 71 kann das Kühlungsverfahren gemäß einem der Beispiele 55 bis 70 optional ferner aufweisen, dass der erste Abschnitt eine Querschnittfläche in einem Bereich von ungefähr 0.0001 mm2 bis ungefähr 0.8 mm2 aufweist, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 0.001 mm2 bis ungefähr 0.5 mm2, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 0.005 mm2 bis ungefähr 0.25 mm2.
In Beispiel 72 kann das Kühlungsverfahren gemäß einem der Beispiele 55 bis 71 optional ferner aufweisen, dass der zweite Abschnitt eine Querschnittfläche in einem Bereich von ungefähr 0.01 mm2 bis ungefähr 400 mm2 aufweist, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 0.1 mm2 bis ungefähr 100 mm2, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 0.5 mm2 bis ungefähr 50 mm2, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 1 mm2 bis ungefähr 20 mm2.
In Beispiel 73 kann das Kühlungsverfahren gemäß einem der Beispiele 55 bis 72 optional ferner aufweisen, dass die Querschnittsfläche des ersten Abschnitts und die Querschnittsfläche des zweiten Abschnitts derart dimensioniert sind, dass sich das Kältemittel auf einem Druckniveau in einem Bereich von ungefähr 0 bar bis ungefähr 5 bar in dem zweiten Abschnitt befindet.
In Beispiel 74 kann das Kühlungsverfahren gemäß einem der Beispiele 55 bis 73 optional ferner aufweisen, dass das Kältemittel Kohlenstoffdioxid aufweist.
In Beispiel 75 kann das Kühlungsverfahren gemäß einem der Beispiele 55 bis 74 optional ferner aufweisen, dass das
Kältemittel ein kohlenwasserstoffbasierendes Kältemittel aufweist . Beispielsweise kann das Kältemittel HFKW und/oder HFCKW und/oder HFO und/oder R170 und/oder R290 und/oder R600 etc. aufweisen .
In Beispiel 76 kann das Kühlungsverfahren gemäß einem der Beispiele 55 bis 75 optional ferner aufweisen, dass das Kältemittel eine Mischung aus einer Mehrzahl von voneinander unterschiedlichen Kältemitteln aufweist.
In Beispiel 77 kann das Kühlungsverfahren gemäß einem der Beispiele 55 bis 76 optional ferner einen ersten Behälter (z.B. einen Verteilerbehälter) aufweisen, welcher eingerichtet ist, das Kältemittel dem mindestens einen Kanal zuzuführen.
Beispielsweise kann der erste Behälter eingerichtet sein, das Kältemittel auf die mehreren Rohre (z.B. auf die mehreren
Minikanäle) des mindestens einen Kanals (z.B. gleichmäßig) zu verteilen, wenn der mindestens eine Kanal mehrere Rohre aufweist .
In Beispiel 78 kann das Kühlungsverfahren gemäß Beispiel 77 optional ferner aufweisen, dass der erste Behälter derart eingerichtet ist, dass sich ein in den ersten Behälter fließendes Kältemittel auf einem Druckniveau befindet, welches oberhalb des Druckniveaus des Triplepunkts des Kältemittels ist .
In Beispiel 79 kann das Kühlungsverfahren gemäß Beispiel 77 oder 78 optional ferner aufweisen, dass der erste Behälter derart eingerichtet ist, dass sich das Kältemittel auf einem Mitteldruckniveau oder Hochdruckniveau (z.B. auf einem Druckniveau in einem Bereich von ungefähr 10 bar bis ungefähr
160 bar, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 70 bar bis ungefähr 140 bar, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 40 bar bis ungefähr 70 bar, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 10 bar bis ungefähr 40 bar, etc.) in dem ersten Behälter befindet. In Beispiel 80 kann das Kühlungsverfahren gemäß einem der Beispiele 77 bis 79 optional ferner aufweisen, dass der erste Behälter derart eingerichtet ist, dass sich ein in den ersten Behälter fließendes Kältemittel in einem nicht festen (z.B. flüssigen, gasförmigen, flüssig/gasförmigen, überkritischen, etc.) Aggregatzustand befindet.
In Beispiel 81 kann das Kühlungsverfahren gemäß einem der Beispiele 77 bis 80 optional ferner aufweisen, dass der erste Behälter als Abscheider (z.B. als Mitteldruckabscheider) eingerichtet ist.
Beispielsweise kann der erste Behälter eingerichtet sein, das flüssige Kältemittel dem mindestens einen Kanal zuzuführen und das gasförmige Kältemittel aus einem Gasausgang auszugeben.
In Beispiel 82 kann das Kühlungsverfahren gemäß einem der Beispiele 55 bis 81 optional ferner einen zweiten Behälter (z.B. einen Sammelbehälter) aufweisen, welcher eingerichtet ist, das von dem mindestens einen Kanal ausgegebene Kältemittel zu empfangen.
In Beispiel 83 kann das Kühlungsverfahren gemäß Beispiel 82 optional ferner aufweisen, dass der zweite Behälter als Feststoffabscheider (z.B. als Zyklonabscheider) eingerichtet ist .
Beispielsweise kann der zweite Behälter derart eingerichtet sein, dass dieser gasförmiges Kältemittel aus einem ersten Ausgang ausgibt und festes Kältemittel (z.B. feste Kältemittelbestandteile, wie beispielsweise feste Partikel von Kältemittel) ansammelt.
In Beispiel 84 kann das Kühlungsverfahren gemäß einem der Beispiele 55 bis 83 optional ferner aufweisen, dass der erste Abschnitt einen kreisförmigen oder einen elliptischen Querschnitt aufweist. In Beispiel 85 kann das Kühlungsverfahren gemäß einem der Beispiele 55 bis 83 optional ferner aufweisen, dass der erste Abschnitt einen quadratischen oder einen rechteckigen oder einen mehreckigen Querschnitt aufweist.
In Beispiel 86 kann das Kühlungsverfahren gemäß einem der Beispiele 55 bis 85 optional ferner aufweisen, dass der Querschnitt des ersten Abschnitts eine Größe entlang einer Richtung senkrecht zu der Strömungsrichtung des Kältemittels in dem mindestens einen Kanal (z.B. eine Höhe, eine Breite, einen Durchmesser, eine Kantenlänge, etc.) in einem Bereich von ungefähr 0.01 mm bis ungefähr 0.5 mm aufweist, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 0.01 mm bis ungefähr 0.2 mm, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 0.02 mm bis ungefähr 0.1 mm, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 0.02 mm bis ungefähr 0.05 mm.
Beispielsweise kann die Größe des Querschnitts des ersten Abschnitts kleiner als 0.1 mm sein.
In Beispiel 87 kann das Kühlungsverfahren gemäß einem der Beispiele 55 bis 86 optional ferner aufweisen, dass der zweite Abschnitt einen kreisförmigen oder elliptischen Querschnitt aufweist .
In Beispiel 88 kann das Kühlungsverfahren gemäß einem der Beispiele 55 bis 86 optional ferner aufweisen, dass der zweite Abschnitt einen quadratischen oder einen rechteckigen oder einen mehreckigen Querschnitt aufweist.
In Beispiel 89 kann das Kühlungsverfahren gemäß einem der Beispiele 55 bis 88 optional ferner aufweisen, dass der Querschnitt des zweiten Abschnitts eine Größe entlang einer Richtung senkrecht zu der Strömungsrichtung des Kältemittels in dem mindestens einen Kanal (z.B. eine Höhe, eine Breite, einen Durchmesser, eine Kantenlänge, etc.) in einem Bereich von ungefähr 0.1 mm bis ungefähr 20 mm aufweist, beispielsweise von ungefähr 0.5 mm bis ungefähr 10 mm, von ungefähr 1 mm bis ungefähr 5 mm. In Beispiel 90 kann das Kühlungsverfahren gemäß einem der
Beispiele 55 bis 89 optional ferner aufweisen, dass die
Querschnittsfläche des ersten Abschnitts mittels Stauchens des mindestens einen Kanals bereitgestellt (anders ausgedrückt reduziert) wird.
In Beispiel 91 kann das Kühlungsverfahren gemäß einem der
Beispiele 55 bis 90 optional ferner aufweisen, dass der mindestens eine Kanal ein verengendes Element (z.B. eine Hülse, eine Lochscheibe, ein Lochblech, eine Kappe, etc.) aufweist, welches in dem ersten Abschnitt angeordnet ist, so dass die Querschnittsfläche des ersten Abschnitts reduziert ist. In Beispiel 92 kann das Kühlungsverfahren gemäß einem der
Beispiele 55 bis 90 optional ferner aufweisen, dass ein verengendes Element am Eintritt des mindestens einen Kanals angeordnet (z.B. befestigt, wie beispielsweise gelötet, etc.) ist .
Beispielsweise kann das verengende Element als erster Abschnitt des mindestens einen Kanals dienen, und der mindestens eine Kanal kann als zweiter Abschnitt des mindestens einen Kanals dienen .

Claims

Patentansprüche
1. Wärmeübertrager (100) aufweisend mindestens einen Kanal (102) zum Führen von Kältemittel, wobei der mindestens eine Kanal (102) einen ersten Abschnitt (102-1) und einen zweiten Abschnitt (102-2) aufweist;
wobei der erste Abschnitt (102-1) in Bezug auf eine Strömungsrichtung des Kältemittels in dem mindestens einen Kanal (102) stromaufwärts relativ zu dem zweiten Abschnitt (102-2) angeordnet ist;
wobei der zweite Abschnitt (102-2) eine Querschnittsfläche aufweist, welche größer ist als eine Querschnittsfläche des ersten Abschnitts (102-1), so dass eine Sublimation des Kältemittels in dem zweiten Abschnitt (102-2) ermöglicht wird .
2. Wärmeübertrager (100) gemäß Anspruch 1,
wobei die Querschnittfläche des ersten Abschnitts (102-1) derart dimensioniert ist, dass eine Sublimation des Kältemittels in dem ersten Abschnitt (102-1) verhindert wird .
3. Wärmeübertrager (100) gemäß Anspruch 1 oder 2,
wobei die Querschnittfläche des ersten Abschnitts (102-1) derart dimensioniert ist, dass sich das Kältemittel auf einem Druckniveau in dem ersten Abschnitt (102-1) befindet, welches größer ist als das Druckniveau des Tripelpunktes des Kältemittels .
4. Wärmeübertrager (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3,
wobei die Querschnittsfläche des ersten Abschnitts (102-1) und die Querschnittsfläche des zweiten Abschnitts (102-2) derart dimensioniert sind, dass das Kältemittel in einen zumindest teilweise festen Aggregatzustand in dem zweiten Abschnitt (102-2) expandiert wird.
5. Wärmeübertrager (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Kältemittel Kohlenstoffdioxid aufweist.
6. Wärmeübertrager (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5,
wobei der erste Abschnitt (102-1) eine Querschnittsfläche in einem Bereich von ungefähr 0.0001 mm2 bis ungefähr 0.8 mm2 aufweist .
7. Wärmeübertrager (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6,
wobei der zweite Abschnitt (102-2) eine Querschnittsfläche in einem Bereich von ungefähr 0.01 mm2 bis ungefähr 400 mm2 aufweist .
8. Wärmeübertrager (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7,
wobei der mindestens eine Kanal (102) ein verengendes Element (210) aufweist, welche in dem ersten Abschnitt (102-1) angeordnet ist, so dass die Querschnittsfläche des ersten Abschnitts (102-1) reduziert ist.
9. Wärmeübertrager (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8,
wobei die Querschnittsfläche des ersten Abschnitts (102-1) und die Querschnittsfläche des zweiten Abschnitts (102-2) derart dimensioniert sind, dass eine Sublimation des in den mindestens einen Kanal (102) fließenden Kältemittels in dem ersten Abschnitt (102-1) verhindert wird und als Folge eines Druckabfalls des Kältemittels beim Übergang von dem ersten Abschnitt (102-1) zu dem zweiten Abschnitt (102-2) ermöglicht wird.
10. Kälteanlage (300) aufweisend einen Wärmeübertrager (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9.
11. Kühlungsverfahren zum Kühlen eines Fluids mittels Sublimation eines Kältemittels, welches das Folgende aufweist :
Bereitstellen eines Kältemittels einem Wärmeübertrager (100), wobei der Wärmeübertrager (100) mindestens einen Kanal (102) zum Führen von Kältemittel aufweist; Führen des Kältemittels in den mindestens einen Kanal (102), wobei der mindestens eine Kanal (102) einen ersten Abschnitt (102-1) und einen zweiten Abschnitt (102-2) aufweist;
wobei der erste Abschnitt (102-1) in Bezug auf eine Strömungsrichtung des Kältemittels in dem mindestens einen Kanal (102) stromaufwärts relativ zu dem zweiten Abschnitt (102-2) angeordnet ist;
wobei der zweite Abschnitt (102-2) eine Querschnittsfläche aufweist, welche größer ist als eine Querschnittsfläche des ersten Abschnitts (102-1) so dass eine Sublimation des Kältemittels in dem zweiten Abschnitt (102-2) ermöglicht wird; und
Bereitstellen einer Wärmeübertragung zwischen dem in den zweiten Abschnitt (102-2) fließenden Kältemittel und dem zu kühlenden Fluid, so dass das in dem zweiten Abschnitt (102-2) fließende Kältemittel sublimiert und das zu kühlende Fluid gekühlt wird.
12. Wärmeübertrager (100) aufweisend mindestens einen Kanal (102) zum Führen von Kältemittel, wobei der mindestens eine Kanal (102) einen ersten Abschnitt (102-1) und einen zweiten Abschnitt (102-2) aufweist;
wobei der erste Abschnitt (102-1) in Bezug auf eine Strömungsrichtung des Kältemittels in dem mindestens einen Kanal (102) stromaufwärts relativ zu dem zweiten Abschnitt (102-2) angeordnet ist,
wobei die Querschnittfläche des ersten Abschnitts (102-1) derart dimensioniert ist, dass eine Sublimation des Kältemittels in dem ersten Abschnitt (102-1) verhindert wird,
wobei der zweite Abschnitt (102-2) eine Querschnittsfläche aufweist, welche größer ist als eine Querschnittsfläche des ersten Abschnitts (102-1), so dass eine Sublimation des Kältemittels in dem zweiten Abschnitt (102-2) ermöglicht wird,
wobei die Querschnittfläche des ersten Abschnitts (102-1) derart dimensioniert ist, dass sich das Kältemittel auf einem Druckniveau in dem ersten Abschnitt (102-1) befindet, welches größer ist als das Druckniveau des Tripelpunktes des Kältemittels, und
wobei die Querschnittsfläche des ersten Abschnitts (102-1) und die Querschnittsfläche des zweiten Abschnitts (102-2) derart dimensioniert sind, dass das Kältemittel in einen zumindest teilweise festen Aggregatzustand in dem zweiten Abschnitt (102-2) expandiert wird.
13. Wärmeübertrager (100) aufweisend mindestens einen Kanal (102) zum Führen von Kältemittel, wobei der mindestens eine Kanal (102) einen ersten Abschnitt (102-1) und einen zweiten Abschnitt (102-2) aufweist;
wobei der erste Abschnitt (102-1) in Bezug auf eine Strömungsrichtung des Kältemittels in dem mindestens einen Kanal (102) stromaufwärts relativ zu dem zweiten Abschnitt (102-2) angeordnet ist,
wobei der erste Abschnitt (102-1) derart eingerichtet ist, dass sich ein in den ersten Abschnitt (102-1) fließendes Kältemittel auf einem Druckniveau befindet, welches oberhalb des Druckniveaus des Triplepunkts des Kältemittels ist, und wobei der zweite Abschnitt (102-2) derart eingerichtet ist, dass sich ein in den zweiten Abschnitt (102-2) fließendes Kältemittel auf einem Druckniveau befindet, welches unterhalb des Druckniveaus des Triplepunkts des Kältemittels ist .
14. Kanal (102) zur Verwendung in einem Wärmeübertrager (100), der Kanal aufweisend:
einen ersten Abschnitt (102-1) aufweisend eine erste
Querschnittsfläche, und
einen zweiten Abschnitt (102-2) aufweisend eine zweite
Querschnittsfläche,
wobei die erste Querschnittsfläche und die zweite Querschnittsfläche derart dimensioniert sind, dass eine Sublimation eines in den Kanal fließenden Kältemittels in dem ersten Abschnitt (102-1) verhindert wird und als Folge eines Druckabfalls des Kältemittels beim Übergang von dem ersten Abschnitt (102-1) zu dem zweiten Abschnitt (102-2) ermöglicht wird.
15. Wärmeübertrager (100) aufweisend ein oder mehrere Kanäle gemäß Anspruch 14.
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CN202080052272.XA CN114144628A (zh) 2019-05-20 2020-05-20 热交换器和冷却方法
EP20728693.1A EP3973242A1 (de) 2019-05-20 2020-05-20 Wärmeübertrager und kühlungsverfahren

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022101140A1 (de) * 2020-11-13 2022-05-19 CTS Clima Temperatur Systeme GmbH Wärmeübertrager und kältemittelkreislauf

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3516483A (en) * 1967-05-27 1970-06-23 Benteler Werke Ag Heat exchange arrangement
EP1388722A2 (de) * 2002-08-08 2004-02-11 Behr GmbH & Co. Kondensator, insbesondere für eine Kraftfahrzeug-Klimaanlage
WO2006083442A2 (en) * 2005-02-02 2006-08-10 Carrier Corporation Parallel flow heat exchanger with crimped channel entrance
DE102015111183A1 (de) * 2015-07-10 2017-01-12 Technische Universität Dresden Kreislaufverfahren zur Kältebereitstellung mit Kohlendioxid als Kältemittel und Kälteanlage zur Durchführung des Verfahrens

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004308972A (ja) * 2003-04-03 2004-11-04 Mayekawa Mfg Co Ltd Ｃｏ２冷凍機
CN100541108C (zh) * 2003-08-01 2009-09-16 昭和电工株式会社 集管箱和具有该集管箱的热交换器
EP1939548A1 (de) * 2005-10-17 2008-07-02 Mayekawa Mfg. Co., Ltd. Co2-kühlschrank
CN101275790A (zh) * 2008-04-16 2008-10-01 张信荣 利用二氧化碳作为循环工质的低温制冷方法及其热泵系统
JP4715971B2 (ja) * 2009-11-04 2011-07-06 ダイキン工業株式会社 熱交換器及びそれを備えた室内機
IT1397911B1 (it) * 2010-01-28 2013-02-04 Alfa Laval Corp Ab Sistema di distribuzione del fluido refrigerante in un dispositivo di scambio termico
CN201903225U (zh) * 2010-12-10 2011-07-20 北大工学院绍兴技术研究院 适用二氧化碳固气两相流的蒸发器
JP5934569B2 (ja) * 2012-04-27 2016-06-15 日立Ｇｅニュークリア・エナジー株式会社 保護部材付熱交換器
US9297595B2 (en) * 2013-08-22 2016-03-29 King Fahd University Of Petroleum And Minerals Heat exchanger flow balancing system
JP6405914B2 (ja) * 2014-11-11 2018-10-17 株式会社デンソー 熱交換装置及び熱交換装置の製造方法
DE102015118105B4 (de) * 2015-10-23 2019-05-09 Technische Universität Dresden Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben eines Kältekreislaufes mit einem Sublimator für Kohlendioxid als Kältemittel

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3516483A (en) * 1967-05-27 1970-06-23 Benteler Werke Ag Heat exchange arrangement
EP1388722A2 (de) * 2002-08-08 2004-02-11 Behr GmbH & Co. Kondensator, insbesondere für eine Kraftfahrzeug-Klimaanlage
WO2006083442A2 (en) * 2005-02-02 2006-08-10 Carrier Corporation Parallel flow heat exchanger with crimped channel entrance
DE102015111183A1 (de) * 2015-07-10 2017-01-12 Technische Universität Dresden Kreislaufverfahren zur Kältebereitstellung mit Kohlendioxid als Kältemittel und Kälteanlage zur Durchführung des Verfahrens

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022101140A1 (de) * 2020-11-13 2022-05-19 CTS Clima Temperatur Systeme GmbH Wärmeübertrager und kältemittelkreislauf

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