DE102021204547A1

DE102021204547A1 - Evaporator for a refrigeration circuit

Info

Publication number: DE102021204547A1
Application number: DE102021204547.2A
Authority: DE
Inventors: Matthias Feiner; Mathias Fauth
Original assignee: Hochschule Karlsruhe Koerperschaft Des Oeffentlichen Rechts
Current assignee: Hochschule Karlsruhe Koerperschaft Des Oeffentlichen Rechts
Priority date: 2021-05-05
Filing date: 2021-05-05
Publication date: 2022-11-10
Anticipated expiration: 2041-05-06
Also published as: DE102021204547B4

Abstract

Es wird ein Verdampfer (10) für einen Kühlkreislauf vorgeschlagen. Der Verdampfer (10) umfasst mindestens einen Kältemittelkanal (14). Der Kältemittelkanal (14) weist eine Einlassöffnung (16) und eine Auslassöffnung (18) auf. Die Einlassöffnung (16) ist zum Einlassen von Kältemittel in den Kältemittelkanal (14) ausgebildet. Die Auslassöffnung (18) ist zum Auslassen von Kältemittel aus dem Kältemittelkanal (14) ausgebildet. Der Kältemittelkanal (14) ist um die Einlassöffnung (16) gewunden ausgebildet. Ein radialer Abstand des Kältemittelkanals (14) zu der Einlassöffnung (16) nimmt mit zunehmender Länge (20) des Kältemittelkanals (14) in Richtung zu der Auslassöffnung (18) hin zu.An evaporator (10) for a cooling circuit is proposed. The evaporator (10) comprises at least one refrigerant channel (14). The refrigerant channel (14) has an inlet opening (16) and an outlet opening (18). The inlet opening (16) is designed for letting refrigerant into the refrigerant channel (14). The outlet opening (18) is designed to let refrigerant out of the refrigerant channel (14). The refrigerant channel (14) is wound around the inlet opening (16). A radial distance between the refrigerant channel (14) and the inlet opening (16) increases with increasing length (20) of the refrigerant channel (14) in the direction of the outlet opening (18).

Description

Technisches Gebiettechnical field

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Verdampfer für einen Kühlkreislauf.The present invention relates to an evaporator for a refrigeration cycle.

Technischer HintergrundTechnical background

Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, zur Kühlung eine Kältemaschine nach dem Kompressionskälteprinzip zu verwenden. Grundsätzliche Komponenten einer solchen Kältemaschine sind ein Verdichter (auch Kompressor genannt), ein Wärmeübertrager, wie beispielsweise ein Verflüssiger (luft- oder wassergekühlt), ein Drosselorgan (meist Expansionsventil) und ein Verdampfer. Der Verdichter (bzw. Kompressor) saugt den gasförmigen Arbeitsstoff, also das Kältemittel, aus dem Verdampfer an. Das Kältemittel wird im Verdichter auf einen höheren Druck gebracht. Dabei erwärmt sich dieses Gas. Nun gelangt dieses komprimierte Gas in den Wärmeübertrager bzw. Verflüssiger, wo es unter nahezu gleichbleibendem Druck abgekühlt wird. Durch den Wärmeentzug verflüssigt sich das Kältemittel bzw. kühlt ab. Anschließend gelangt das Kältemittel zum Drosselorgan, wo es auf einen niedrigeren Druck entspannt wird. Unter Wärmezufuhr im nachgeschalteten Verdampfer beginnt das Kältemittel zu sieden, also zu verdampfen. Die Umgebung kühlt sich dabei ab. Dieser Vorgang läuft ununterbrochen, solange der Kompressor in Betrieb ist. Das Kältemittel verbraucht sich nicht, da es sich in einem geschlossenen Kreislauf befindet.It is known from the prior art to use a refrigeration machine based on the compression refrigeration principle for cooling. The basic components of such a refrigeration machine are a compressor (also called a compressor), a heat exchanger such as a condenser (air or water-cooled), a throttle element (usually an expansion valve) and an evaporator. The compressor (or compressor) draws in the gaseous working substance, i.e. the refrigerant, from the evaporator. The refrigerant is brought to a higher pressure in the compressor. This gas heats up. Now this compressed gas enters the heat exchanger or condenser, where it is cooled under almost constant pressure. The refrigerant liquefies or cools down as a result of the heat extraction. The refrigerant then reaches the throttling element, where it is expanded to a lower pressure. When heat is supplied in the downstream evaporator, the refrigerant begins to boil, i.e. to evaporate. The environment cools down. This process runs continuously as long as the compressor is in operation. The refrigerant is not consumed because it is in a closed circuit.

In allen bisherigen technischen Anwendungen beschränkt die kritische Wärmestromdichte die Leistung eines Verdampfers/Wärmeübertragers. Sie ist eine physikalische Kenngröße, die beschreibt wann ein isolierender Dampffilm zwischen heißer Oberfläche und flüssigem Kältemittel entsteht. Durch diesen Effekt kommt der Kühlprozess fast komplett zum Erliegen und das zu kühlende Bauteil geht durch Überhitzung defekt. Eine Kühlung oberhalb der kritischen Wärmestromdichte kann derzeit nur durch die energetisch ineffiziente Sprühkühlung erreicht werden. Bisher beschränkt daher die kritische Wärmestromdichte (CHF) das Einsatzfeld und die Leistung des Wärmeübertragers. Er ist Ingenieuren seit langem bekannt und kann ähnlich eines Wärmeübergangskoeffizienten berechnet werden. Bisher bleibt man immer unterhalb der kritischen Wärmestromdichte, da sonst der Kühlprozess versagt.In all previous technical applications, the critical heat flow density limits the performance of an evaporator/heat exchanger. It is a physical parameter that describes when an insulating vapor film forms between the hot surface and the liquid refrigerant. Due to this effect, the cooling process comes to an almost complete standstill and the component to be cooled becomes defective due to overheating. Cooling above the critical heat flux density can currently only be achieved by spray cooling, which is energetically inefficient. So far, the critical heat flux density (CHF) has limited the field of application and the performance of the heat exchanger. It has long been known to engineers and can be calculated in a similar way to a heat transfer coefficient. So far, one has always stayed below the critical heat flux density, otherwise the cooling process would fail.

Die Kühlung hoher Wärmeströme ist jedoch bei vielen technischen Anwendungen von immer größer werdender Wichtigkeit. Dies liegt zum einen daran, dass der zur Verfügung stehende Bauraum durch die fortschreitende Miniaturisierung immer kleiner wird, zum anderen an der immer höheren Leistung, die bei technisch anspruchsvollen Verfahren wie zum Beispiel der Bearbeitung von korrosionsbeständigen Nickelbasislegierungen für Hochtemperaturanwendungen abgeführt werden muss. Solche korrosionsbeständigen Nickelbasislegierungen sind beispielsweise unter dem Markennamen Inconel bekannt. Um dieser Herausforderung gerecht zu werden, wurde im Stand der Technik ein Verdampfertyp entwickelt, der Swirlverdampfer genannt wird.However, the cooling of high heat flows is of increasing importance in many technical applications. On the one hand, this is due to the fact that the available installation space is becoming ever smaller due to progressive miniaturization, and on the other hand to the ever increasing power that has to be dissipated in technically demanding processes such as the processing of corrosion-resistant nickel-based alloys for high-temperature applications. Such corrosion-resistant nickel-based alloys are known, for example, under the brand name Inconel. To meet this challenge, a type of evaporator called a swirl evaporator was developed in the prior art.

Der Swirlverdampfer ist ein schraubenförmiger, zylindrischer Verdampfer mit einem Innendurchmesser zwischen 1 - 3 mm, der als Sackloch in Bauteile mit hoher Wärmeentwicklung eingesetzt wird. Das Kältemittel wird über eine konzentrisch ausgerichtete Kapillare in die Sacklochbohrung eingebracht, im Bohrungsgrund um 180° umgelenkt und strömt entgegen der Anströmrichtung schraubenförmig (Drallströmung) wieder aus dem Verdampfer heraus. Die Konstruktion des Verdampfers ermöglicht eine kompakte Baugröße und eignet sich damit für eine Vielzahl von technischen Anwendungen mit zylindrischer Bauart.The swirl evaporator is a helical, cylindrical evaporator with an inner diameter between 1 - 3 mm, which is used as a blind hole in components with high heat generation. The refrigerant is introduced into the blind hole via a concentrically aligned capillary, deflected by 180° in the bottom of the hole and flows out of the evaporator in a spiral (twisted flow) counter to the direction of flow. The construction of the evaporator enables a compact size and is therefore suitable for a large number of technical applications with a cylindrical design.

Durch diese Bauart wird flüssiges Kältemittel, durch die Radialbeschleunigung, an die heiße Zylinderinnenwand gedrückt und verdrängt so einen eventuell entstehenden Dampffilm zwischen heißer Wandung und noch flüssigem Kältemittel. Es ist also eine Kühlung von Wärmeströmen oberhalb der kritischen Wärmestromdichte möglich.With this design, liquid refrigerant is pressed against the hot inner wall of the cylinder by the radial acceleration and thus displaces any vapor film that may form between the hot wall and the still liquid refrigerant. It is therefore possible to cool heat flows above the critical heat flow density.

Trotz der zahlreichen Vorteile der aus dem Stand der Technik bekannten Verdampfer beinhalten diese noch Verbesserungspotenzial. So kann bei Verdampfern oder Wärmeübertragern mit einem Verhältnis von Länge zu Durchmesserverhältnis >3 das zuvor beschriebene Verfahren nicht mehr angewandt werden. Der Fertigungsaufwand ist im Gegensatz zu erhöht. Außerdem können mit dem Swirlverdampfer nur zylindrische Geometrien gekühlt werden.Despite the numerous advantages of the evaporators known from the prior art, these still contain potential for improvement. In the case of evaporators or heat exchangers with a ratio of length to diameter >3, the method described above can no longer be used. The production cost is increased in contrast to. In addition, only cylindrical geometries can be cooled with the swirl evaporator.

Aufgabe der Erfindungobject of the invention

Es wäre daher wünschenswert, einen Verdampfer für einen Kühlkreislauf bereitzustellen, welcher die Nachteile bekannter Verdampfer zumindest weitgehend vermeidet. Insbesondere soll die Erfindung einen Verdampfer bereitstellen, der durch eine geeignete Gestaltung zu einer Erhöhung der kritischen Wärmestromdichte führt. Weiterhin soll der Verdampfer eine Kühlung oberhalb der kritischen Wärmestromdichte (mehr Kühlleistung) bei gleicher Eingangsleistung und gleichem Bauraum erlauben.It would therefore be desirable to provide an evaporator for a refrigeration circuit which at least largely avoids the disadvantages of known evaporators. In particular, the invention is intended to provide an evaporator which, through a suitable design, leads to an increase in the critical heat flow density. Furthermore, the evaporator should allow cooling above the critical heat flow density (more cooling capacity) with the same input power and the same installation space.

Allgemeine Beschreibung der ErfindungGeneral Description of the Invention

Diese Aufgabe wird adressiert durch einen Verdampfer für einen Kühlkreislauf mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen, welche einzeln oder in beliebiger Kombination realisierbar sind, sind in den abhängigen Ansprüchen dargestellt.This object is addressed by an evaporator for a refrigeration cycle having the features of the independent claims. Advantageous developments, which can be implemented individually or in any combination, are presented in the dependent claims.

Im Folgenden werden die Begriffe „haben“, „aufweisen“, „umfassen“ oder „einschließen“ oder beliebige grammatikalische Abweichungen davon in nicht-ausschließlicher Weise verwendet. Dementsprechend können sich diese Begriffe sowohl auf Situationen beziehen, in welchen, neben den durch diese Begriffe eingeführten Merkmalen, keine weiteren Merkmale vorhanden sind, oder auf Situationen, in welchen ein oder mehrere weitere Merkmale vorhanden sind. Beispielsweise kann sich der Ausdruck „A hat B“, „A weist B auf“, „A umfasst B“ oder „A schließt B ein“ sowohl auf die Situation beziehen, in welcher, abgesehen von B, kein weiteres Element in A vorhanden ist (d.h. auf eine Situation, in welcher A ausschließlich aus B besteht), als auch auf die Situation, in welcher, zusätzlich zu B, ein oder mehrere weitere Elemente in A vorhanden sind, beispielsweise Element C, Elemente C und D oder sogar weitere Elemente.In the following, the terms "have", "have", "comprise" or "include" or any grammatical deviations thereof are used in a non-exclusive manner. Accordingly, these terms can refer both to situations in which, apart from the features introduced by these terms, no further features are present, or to situations in which one or more further features are present. For example, the phrase "A has B," "A has B," "A includes B," or "A includes B" can both refer to the situation in which there is no other element in A other than B (i.e. to a situation in which A consists exclusively of B), as well as to the situation in which, in addition to B, there are one or more other elements in A, e.g. element C, elements C and D or even other elements .

Weiterhin wird darauf hingewiesen, dass die Begriffe „mindestens ein“ und „ein oder mehrere“ sowie grammatikalische Abwandlungen dieser Begriffe, wenn diese in Zusammenhang mit einem oder mehreren Elementen oder Merkmalen verwendet werden und ausdrücken sollen, dass das Element oder Merkmal einfach oder mehrfach vorgesehen sein kann, in der Regel lediglich einmalig verwendet werden, beispielsweise bei der erstmaligen Einführung des Merkmals oder Elementes. Bei einer nachfolgenden erneuten Erwähnung des Merkmals oder Elementes wird der entsprechende Begriff „mindestens ein“ oder „ein oder mehrere“ in der Regel nicht mehr verwendet, ohne Einschränkung der Möglichkeit, dass das Merkmal oder Element einfach oder mehrfach vorgesehen sein kann.Furthermore, it is pointed out that the terms "at least one" and "one or more" as well as grammatical variations of these terms, if they are used in connection with one or more elements or features and are intended to express that the element or feature is provided once or several times can generally only be used once, for example when the feature or element is introduced for the first time. If the feature or element is subsequently mentioned again, the corresponding term “at least one” or “one or more” is usually no longer used, without restricting the possibility that the feature or element can be provided once or more than once.

Weiterhin werden im Folgenden die Begriffe „vorzugsweise“, „insbesondere“, „beispielsweise“ oder ähnliche Begriffe in Verbindung mit optionalen Merkmalen verwendet, ohne dass alternative Ausführungsformen hierdurch beschränkt werden. So sind Merkmale, welche durch diese Begriffe eingeleitet werden, optionale Merkmale, und es ist nicht beabsichtigt, durch diese Merkmale den Schutzumfang der Ansprüche und insbesondere der unabhängigen Ansprüche einzuschränken. So kann die Erfindung, wie der Fachmann erkennen wird, auch unter Verwendung anderer Ausgestaltungen durchgeführt werden. In ähnlicher Weise werden Merkmale, welche durch „in einer Ausführungsform der Erfindung“ oder durch „in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung“ eingeleitet werden, als optionale Merkmale verstanden, ohne dass hierdurch alternative Ausgestaltungen oder der Schutzumfang der unabhängigen Ansprüche eingeschränkt werden soll. Weiterhin sollen durch diese einleitenden Ausdrücke sämtliche Möglichkeiten, die hierdurch eingeleiteten Merkmale mit anderen Merkmalen zu kombinieren, seien es optionale oder nicht-optionale Merkmale, unangetastet bleiben.Furthermore, the terms “preferably”, “particularly”, “for example” or similar terms are used below in connection with optional features, without alternative embodiments being restricted thereby. Thus, features introduced by these terms are optional features and are not intended to limit the scope of the claims, and in particular the independent claims, by these features. Thus, as will be appreciated by those skilled in the art, the invention may be practiced using other configurations. Similarly, features introduced by "in an embodiment of the invention" or by "in an exemplary embodiment of the invention" are understood as optional features without intending to limit alternative configurations or the scope of the independent claims. Furthermore, through these introductory expressions, all possibilities to combine the features introduced here with other features, be they optional or non-optional features, remain untouched.

In einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird daher ein Verdampfer für einen Kühlkreislauf vorgeschlagen. Der Verdampfer umfasst mindestens einen Kältemittelkanal. Der Kältemittelkanal weist eine Einlassöffnung und eine Auslassöffnung auf. Die Einlassöffnung ist zum Einlassen von Kältemittel, insbesondere flüssigen Kältemittel, in den Kältemittelkanal ausgebildet. Die Auslassöffnung ist zum Auslassen von Kältemittel aus dem Kältemittelkanal ausgebildet. Der Kältemittelkanal ist um die Einlassöffnung gewunden angeordnet. Ein radialer Abstand des Kältemittelkanals zu der Einlassöffnung nimmt mit zunehmender Länge des Kältemittelkanals in Richtung zu der Auslassöffnung zu.In one aspect of the present invention, an evaporator for a refrigeration circuit is therefore proposed. The evaporator includes at least one refrigerant channel. The refrigerant channel has an inlet opening and an outlet opening. The inlet opening is designed for admitting refrigerant, in particular liquid refrigerant, into the refrigerant channel. The outlet opening is designed to let out refrigerant from the refrigerant channel. The refrigerant channel is arranged wound around the inlet opening. A radial distance between the refrigerant channel and the inlet opening increases as the length of the refrigerant channel increases in the direction of the outlet opening.

Die Einlassöffnung erlaubt entsprechend eine Zufuhr von Kältemittel in den Kältemittelkanal. Die Zufuhr kann dabei mittels einer Zufuhrleitung erfolgen, die in Fluidverbindung mit der Einlassöffnung des Kältemittelkanals bringbar ist. Das in den Kältemittelkanal zugeführte Kältemittel durchströmt diesen und verdampft dabei zumindest teilweise. Beispielsweise wird das Kältemittel von einem nachgeschalteten Verdichter oder dergleichen angesaugt. Aufgrund des zunehmenden radialen Abstands zu der Einlassöffnung entlang der Längserstreckungsrichtung des Kältemittelkanals erfährt das Kältemittel beim Durchströmen eine Beschleunigung. Die gewundene Ausbildung des Kältemittelkanals um die Einlassöffnung, die einen Mittelpunkt einer Windung des Kältemittelkanals bildet, sorgt dabei für eine kompakte Bauweise.The inlet opening accordingly allows refrigerant to be fed into the refrigerant channel. In this case, the supply can take place by means of a supply line which can be brought into fluid connection with the inlet opening of the refrigerant channel. The refrigerant fed into the refrigerant channel flows through it and at least partially evaporates in the process. For example, the refrigerant is sucked in by a downstream compressor or the like. Due to the increasing radial distance from the inlet opening along the direction of longitudinal extent of the refrigerant channel, the refrigerant experiences an acceleration as it flows through. The winding configuration of the refrigerant channel around the inlet opening, which forms a center point of a turn in the refrigerant channel, ensures a compact design.

Der Begriff „Kühlkreislauf“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf ein System und bevorzugt geschlossenes System beziehen, das mittels eines Verdichters Wärmeenergie von einer kälteren, zu kühlenden, Stelle in eine wärmere Umgebung transportiert. Der Kühlkreislauf kann dabei auf einem thermodynamischen Kreisprozess beruhen. Ein solcher Kühlkreislauf umfasst insbesondere einen Verdichter (auch Kompressor genannt), einen Wärmeübertrager, wie beispielsweise einen Verflüssiger (luft- oder wassergekühlt), ein Drosselorgan (meist Expansionsventil) und einen Verdampfer.The term "refrigeration circuit" as used herein is a broad term that should be given its ordinary and current meaning as understood by those skilled in the art. The term is not limited to any specific or adapted meaning. The term can, without limitation, relate in particular to a system, and preferably a closed system, which uses a compressor to transport thermal energy from a colder location to be cooled to a warmer environment. The cooling circuit can be based on a thermodynamic cycle. Such a cooling circuit includes in particular a compressor (also called a compressor), a heat exchanger, such as a condenser (air or water-cooled), a throttling device (usually an expansion valve) and an evaporator.

Der Begriff „Verdampfer“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf einen Wärmeübertrager beziehen, der im Kühlkreislauf einer Drossel nachgeschaltet und einem Kältemittelverdichter vorgeschaltet ist. Im Verdampfer gibt das zu kühlende Medium Wärme an das im Verdampfer befindliche Kältemittel ab. Dabei verdampft das Kältemittel unter Wärmeaufnahme bei niedriger Temperatur (Siedekühlung).The term "evaporator" as used herein is a broad term which should be given its ordinary and current meaning as understood by those skilled in the art. The term is not limited to any specific or adapted meaning. The term can, without limitation, relate in particular to a heat exchanger which is connected downstream of a throttle and upstream of a refrigerant compressor in the cooling circuit. In the evaporator, the medium to be cooled gives off heat to the refrigerant in the evaporator. The refrigerant evaporates while absorbing heat at a low temperature (evaporative cooling).

Der Begriff „Kältemittelverdichter“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf eine Maschine (Fluidenergiemaschine) beziehen, die einem eingeschlossenen Gas mechanische Arbeit zuführt. Verdichter werden zum Komprimieren von Gasen verwendet. Sie erhöhen den Druck und die Dichte des Gases.The term "refrigerant compressor" as used herein is a broad term which should be given its ordinary and current meaning as understood by those skilled in the art. The term is not limited to any specific or adapted meaning. The term may refer particularly, without limitation, to a machine (fluid energy machine) that performs mechanical work on a confined gas. Compressors are used to compress gases. They increase the pressure and density of the gas.

Der Begriff „Wärmeübertrager“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf einen Apparat beziehen, der thermische Energie von einem Stoffstrom auf einen anderen überträgt. Der Wärmeübertrager kann ein Verflüssiger oder Gaskühler sein. Der Begriff „Verflüssiger“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf einen Apparat beziehen, in welchem ein Stoff vom gasförmigen Aggregatzustand in den flüssigen Aggregatzustand durch Kondensation überführt wird. Der Begriff „Verflüssiger“ wird synonym zu dem Begriff „Kondensator“ verwendet. In Kälteanlagen dienen Verflüssiger der Verflüssigung des dampfförmigen Kältemittels. Das ermöglicht in Kälteanlagen einen geschlossenen Kreisprozess. Der Begriff „Gaskühler“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf einen Apparat beziehen, der einem Gas Wärme entzieht und dieses somit abkühlt. So erfolgt beispielsweise bei einer überkritischen Betriebsweise keine Verflüssigung des Kältemittels.The term "heat exchanger" as used herein is a broad term which should be given its ordinary and current meaning as understood by those skilled in the art. The term is not limited to any specific or adapted meaning. In particular, the term may refer, without limitation, to an apparatus that transfers thermal energy from one stream of material to another. The heat exchanger can be a condenser or gas cooler. The term "liquefier" as used herein is a broad term which should be given its ordinary and current meaning as understood by those skilled in the art. The term is not limited to any specific or adapted meaning. The term can, without limitation, refer in particular to an apparatus in which a substance is converted from the gaseous state of aggregation to the liquid state of aggregation by condensation. The term "liquefier" is used synonymously with the term "condenser". In refrigeration systems, condensers are used to condense the vaporous refrigerant. This enables a closed cycle process in refrigeration systems. The term "gas cooler" as used herein is a broad term which should be given its ordinary and current meaning as understood by those skilled in the art. The term is not limited to any specific or adapted meaning. In particular, the term may refer, without limitation, to an apparatus that extracts heat from a gas and thus cools it. For example, in the case of supercritical operation, the refrigerant does not liquefy.

Der Begriff „Verbindung“ oder „verbunden“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf eine Fluidverbindung beziehen. Unter einer Verbindung des Kältemittelkanals mit der Auslassöffnung ist beispielsweise eine Fluidverbindung zu verstehen, so dass ein Fluidaustausch zwischen Zuleitung und Kältemittelkanal stattfinden kann.The term "connection" or "connected" as used herein is a broad term which should be given its ordinary and ordinary meaning as understood by those skilled in the art. The term is not limited to any specific or adapted meaning. The term may particularly refer to a fluid connection, without limitation. A connection of the refrigerant channel to the outlet opening is to be understood, for example, as a fluid connection, so that a fluid exchange can take place between the feed line and the refrigerant channel.

Der Begriff „gewunden“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf eine Ausbildung mit Windungen beziehen. Die Windung kann dabei als Bogen eines unregelmäßig oder regelmäßig gekrümmten Verlaufs beschrieben werden. So bezieht sich der Ausdruck „gewunden“ bei dem Kältemittelkanal auf eine Erstreckung mit einem gekrümmten Verlauf, insbesondere bogenförmig gekrümmt. Es wird jedoch explizit betont, dass eine Windung auch durch einen ungeraden, wie beispielsweise mehreckigen, Verlauf um einen Mittelpunkt realisiert sein kann.The term "spiral" as used herein is a broad term which should be given its ordinary and current meaning as understood by those skilled in the art. The term is not limited to any specific or adapted meaning. The term may particularly refer to a winding configuration, without limitation. The winding can be described as an arc of an irregularly or regularly curved course. The term “twisted” in the case of the refrigerant channel thus refers to an extension with a curved course, in particular curved in an arc. However, it is explicitly emphasized that a winding can also be realized by an odd, such as polygonal, course around a center point.

Der Begriff „radialer Abstand“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf einen Abstand einer Mittellinie des Kältemittelkanals zu einem Mittelpunkt bzw. Ausgangspunkt oder Zentrum einer Windung des Kältemittelkanals in radialer Richtung nach außen gesehen beziehen.The term "radial spacing" as used herein is a broad term which should be given its ordinary and current meaning as understood by those skilled in the art. The term is not limited to any specific or adapted meaning. The term can, without limitation, relate in particular to a distance of a center line of the refrigerant channel from a center point or starting point or center of a turn of the refrigerant channel, viewed in the radial direction outwards.

Der Begriff „Länge“ des Kältemittelkanals, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf eine Abmessung des Kältemittelkanals entlang seiner Erstreckungsrichtung beziehen. Die Länge stellt dabei zugleich die größte Abmessung des Kältemittelkanals dar. Die Länge kann dabei insbesondere entlang einer Mittellinie des Kältemittelkanals definiert werden. Die Mittellinie verbindet dabei die Flächenschwerpunkte entlang des Querschnitts des Kältemittelkanals. Die Länge kann dabei in Strömungsrichtung bzw. von der Einlassöffnung ausgehend bestimmt sein.The term "length" of the refrigerant passage, as used herein, is a broad term that should be given its ordinary and conventional meaning as understood by those skilled in the art. The term is not limited to any specific or adapted meaning. The term can, without limitation, relate in particular to a dimension of the refrigerant channel along its direction of extension. At the same time, the length represents the largest dimension of the refrigerant channel. The length can in particular be defined along a center line of the refrigerant channel be ned. The center line connects the centroids along the cross section of the refrigerant channel. The length can be determined in the direction of flow or starting from the inlet opening.

Der Kältemittelkanal kann um die Einlassöffnung innerhalb einer Ebene gewunden sein. Dies sorgt für eine vergleichsweise planare bzw. flache und im Wesentlichen flächenhafte Ausbildung des Verdampfers, die die Kühlung ebener Flächen erlaubt. Alternativ kann der Kältemittelkanal um die Einlassöffnung entlang einer Fläche, die von einer Ebene abweicht, angeordnet sein. Beispielseise kann der Kältemittelkanal entlang einer gekrümmten Fläche um die Einlassöffnung angeordnet sein. Entsprechend können sogar beliebige dreidimensionale Topologien, wie beispielsweise Halbkugeln, gekühlt werdenThe refrigerant channel may be wound around the inlet port within a plane. This ensures a comparatively planar or flat and essentially planar configuration of the evaporator, which allows the cooling of planar surfaces. Alternatively, the refrigerant passage may be arranged around the inlet port along a surface deviated from a plane. For example, the refrigerant channel can be arranged along a curved surface around the inlet opening. Correspondingly, even any three-dimensional topologies, such as hemispheres, can be cooled

Eine Mittelachse der Einlassöffnung kann sich in einen Winkel von 0° bis 90° zu einer Projektionsebene parallel zu einer Windung des Kältemittelkanals erstrecken. Entsprechend hat der Kältemittelkanal seinen Einlass im radial Inneren und entfernt sich mit zunehmender Länge von diesem Zentrum. Die Kältemittelzufuhr durch die Einlassöffnung kann dabei grundsätzlich in jedem Winkel von radial bis axial bezüglich eines Mittelpunkts einer Windung des Kältemittelkanals erfolgen.A center axis of the inlet port may extend at an angle of 0° to 90° to a plane of projection parallel to a turn of the refrigerant passage. Correspondingly, the refrigerant channel has its inlet in the radially inner part and moves away from this center with increasing length. In principle, the refrigerant can be supplied through the inlet opening at any angle from radial to axial with respect to a center point of a turn of the refrigerant channel.

Der Begriff „Mittelachse“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf eine Achse durch einen Mittelpunkt der Einlassöffnung uns senkrecht zu einer von dieser aufgespannten Öffnungsfläche beziehen.The term "central axis" as used herein is a broad term that should be given its ordinary and current meaning as understood by those skilled in the art. The term is not limited to any specific or adapted meaning. The term can, without limitation, relate in particular to an axis through a center point of the inlet opening and perpendicular to an opening area spanned by this.

Der Begriff „Projektionsebene“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf eine ebene Fläche beziehen, auf die ein Gegenstand projiziert wird. Beispielsweise kann sich der Begriff „Projektionsebene parallel zu einer Windung des Kältemittelkanals“ auf eine ebene Fläche beziehen, auf die der Kältemittelkanal projiziert wird und die sich parallel zu der Windung des Kältemittelkanals erstreckt.The term "projection plane" as used herein is a broad term that should be given its ordinary and current meaning as understood by those skilled in the art. The term is not limited to any specific or adapted meaning. In particular, the term can refer, without limitation, to a flat surface onto which an object is projected. For example, the term "projection plane parallel to a turn of the refrigerant channel" may refer to a planar surface onto which the refrigerant channel is projected and which extends parallel to the turn of the refrigerant channel.

Der Kältemittelkanal kann im Wesentlichen spiralförmig um die Einlassöffnung angeordnet sein. Dies stellt eine besonders kompakte und hinsichtlich der Vermeidung von Dampffilmen vorteilhafte Ausbildung dar.The refrigerant channel can be arranged essentially spirally around the inlet opening. This represents a particularly compact design that is advantageous in terms of avoiding vapor films.

Der Begriff „spiralförmig“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf eine Ausbildung oder Erstreckung in Form einer Kurve beziehen, die um einen Punkt oder eine Achse verläuft und sich von diesem Zentrum entfernt.The term "spiral" as used herein is a broad term that should be given its ordinary and current meaning as understood by those skilled in the art. The term is not limited to any specific or adapted meaning. In particular, the term may refer, without limitation, to a configuration or extension in the form of a curve that goes around a point or axis and diverges from that center.

Der Kältemittelkanal kann von einer oberen Kanalwand, einer unteren Kanalwand und einer seitlichen Kanalwand begrenzt sein. Der Kanal kann somit allseitig umschlossen sein.The refrigerant channel can be delimited by an upper channel wall, a lower channel wall and a lateral channel wall. The channel can thus be enclosed on all sides.

Die Begriffe „oben“ bzw. „unten“ beziehen sich dabei auf eine Anordnung in axialer Richtung bezüglich eines Mittelpunkts einer Windung des Kältemittelkanals. Der Begriff „seitlich“ bezieht sich dabei auf eine Anordnung in radialer Richtung bezüglich eines Mittelpunkts einer Windung des Kältemittelkanals.The terms “top” and “bottom” relate to an arrangement in the axial direction with respect to a center point of a turn of the refrigerant channel. The term “lateral” refers to an arrangement in the radial direction with respect to a center point of a turn of the refrigerant channel.

Die Einlassöffnung kann in der oberen Kanalwand oder in der unteren Kanalwand ausgebildet sein. Die Zufuhr von Kältemittel in den Kältemittelkanal erfolgt somit bevorzugt in axialer Richtung.The inlet opening can be formed in the upper duct wall or in the lower duct wall. The refrigerant is thus preferably fed into the refrigerant channel in the axial direction.

Die Einlassöffnung kann in der oberen Kanalwand ausgebildet sein und die untere Kanalwand kann zum Anbringen an einem zu kühlenden Bauteil ausgebildet sein. Dabei kann die seitliche Kanalwand zum Bewirken einer Beschleunigung auf das Kältemittel in Richtung zu der unteren Kanalwand ausgebildet sein. Alternativ kann die Einlassöffnung in der unteren Kanalwand ausgebildet sein und die obere Kanalwand kann zum Anbringen an einem zu kühlenden Bauteil ausgebildet sein. Dabei kann die seitliche Kanalwand zum Bewirken einer Beschleunigung auf das Kältemittel in Richtung zu der oberen Kanalwand ausgebildet sein. Damit lässt sich zum Einen auf der der Einlassöffnung gegenüberliegenden Seite ein Bauteil kühlen. Zum anderen bewirkt die seitliche Kanalwand durch ein entstehendes Massenträgheitsmoment eine Bewegung des flüssigen Kältemittels in Richtung zu dem Wärmeeintrag durch das zu kühlenden Bauteil. Damit wird dampfförmiges Kältemittel auf der Seite des Wärmeeintrags durch flüssiges Kältemittel verdrängt, was die Verdampferleistung erhöht.The inlet opening can be formed in the upper duct wall and the lower duct wall can be designed for attachment to a component to be cooled. In this case, the lateral channel wall can be designed to bring about an acceleration on the refrigerant in the direction of the lower channel wall. Alternatively, the inlet opening can be formed in the lower duct wall and the upper duct wall can be designed for attachment to a component to be cooled. In this case, the lateral channel wall can be designed to bring about an acceleration on the refrigerant in the direction of the upper channel wall. On the one hand, this allows a component to be cooled on the side opposite the inlet opening. On the other hand, the lateral channel wall causes a movement of the liquid refrigerant in the direction of the heat input through the component to be cooled due to a mass moment of inertia that arises. As a result, vaporous refrigerant is displaced by liquid refrigerant on the heat input side, which increases the evaporator performance.

Die seitliche Kanalwand kann in einem vorbestimmten Winkel zu der Einlassöffnung angeordnet sein. Entsprechend kann die seitliche Kanalwand von einer exakt senkrechten Erstreckung bezüglich der oberen und unteren Kanalwand abweichen. Die die Verdampferstecke trennende Wand kann entsprechend in einem Winkel angestellt sein, um das flüssige Kältemittel nach oben (oder unten) in Richtung des Wärmeeintrages zu beschleunigen. Durch diese Bauart wird flüssiges Kältemittel, durch die Radialbeschleunigung, an die heiße Kanalwand gedrückt und verdrängt so einen eventuell entstehenden Dampffilm zwischen heißer Wand und noch flüssigem Kältemittel. Auf diese Weise kann nicht nur oberhalb der kritischen Wärmestromdichte gekühlt werden, sondern es ist auch eine gewollte, kontrollierte und beeinflussbare Leistungsanisotropie vorhanden. Es können also oben und unten unterschiedliche Wärmeströme gekühlt werden.The channel side wall may be arranged at a predetermined angle to the inlet opening. Correspondingly, the lateral duct wall can deviate from an exactly vertical extension with respect to the upper and lower duct wall. The wall separating the evaporator stack may be angled accordingly to direct the liquid refrigerant upward (or downward) in Rich to accelerate the heat input. With this design, liquid refrigerant is pressed against the hot duct wall by the radial acceleration and thus displaces any vapor film that may form between the hot wall and the still liquid refrigerant. In this way, it is not only possible to cool above the critical heat flux density, but there is also a desired, controlled and influenceable power anisotropy. So different heat flows can be cooled at the top and bottom.

Der vorbestimmte Winkel kann mit zunehmenden radialen Abstand von der Einlassöffnung abnehmen. Entsprechend lässt sich gezielt die radiale Beschleunigung des Kältemittels beeinflussen bzw. einstellen.The predetermined angle may decrease with increasing radial distance from the inlet port. Accordingly, the radial acceleration of the refrigerant can be influenced or adjusted in a targeted manner.

Der vorbestimmte Winkel kann in einem Bereich von 0° bis 90°, insbesondere 5° bis 80° und bevorzugt 5° bis 65° und noch bevorzugter 5° bis 50° sein.The predetermined angle may be in a range of 0° to 90°, more preferably 5° to 80°, more preferably 5° to 65°, and more preferably 5° to 50°.

Der Winkel kann an einem Übergang der seitlichen Kanalwand in die obere Kanalwand oder in die untere Kanalwand, die der Einlassöffnung gegenüberliegt, bestimmt sein. Entsprechend ist der Winkel definiert zwischen derjenigen Kanalwand, die der Einlassöffnung gegenüberliegt, und der seitlichen Kanalwand. Bei einer gekrümmten Ausbildung der Kanalwand kann der Winkel zwischen einer Tangente an die seitliche Kanalwand und derjenigen Kanalwand, die der Einlassöffnung gegenüberliegt, bestimmt werden.The angle can be determined at a transition of the side duct wall into the upper duct wall or into the lower duct wall opposite the inlet opening. Correspondingly, the angle is defined between that channel wall which is opposite the inlet opening and the lateral channel wall. With a curved design of the duct wall, the angle between a tangent to the lateral duct wall and that duct wall which is opposite the inlet opening can be determined.

Die seitliche Kanalwand kann gerade, konkav gekrümmt, konvex gekrümmt, stufenförmig oder ungerade ausgebildet sein. Entsprechend kann die seitliche Kanalwand nach Bedarf geformt sein, um eine möglichst gute Bewegung von flüssigem Kältemittel in Richtung zu dem Wärmeeintrag zu realisieren.The lateral channel wall can be straight, concavely curved, convexly curved, stepped or odd. Correspondingly, the lateral channel wall can be shaped as required in order to realize the best possible movement of liquid refrigerant in the direction of the heat input.

Die Einlassöffnung kann zum Verbinden mit einer Zuleitung zum Zuführen von Kältemittel in den Kältemittelkanal ausgebildet sein. Entsprechend kann der Verdampfer an eine Zuleitung angeschlossen werden, wobei die Montage permanent oder lösbar realisiert sein kann. Die Zuleitung kann dabei Teil des Verdampfers oder ein separates Bauteil sein.The inlet opening can be designed for connection to a feed line for feeding refrigerant into the refrigerant channel. Correspondingly, the evaporator can be connected to a supply line, with the assembly being able to be realized permanently or detachably. The feed line can be part of the evaporator or a separate component.

Die Zuleitung kann sich in einem Winkel von 0° bis 90° zu einer Projektionsebene parallel zu einer Windung des Kältemittelkanals erstrecken. Die Zuleitung kann sich beispielsweise radial zu der Einlassöffnung erstrecken. Auch davon abweichende Orientierungen sind jedoch grundsätzlich denkbar.The feed line can extend at an angle of 0° to 90° to a plane of projection parallel to a turn of the refrigerant channel. The feed line can, for example, extend radially to the inlet opening. However, orientations deviating from this are also fundamentally conceivable.

Der Kältemittelkanal kann mindestens zwei Windungen, bevorzugt mindestens vier Windungen und noch bevorzugter mindestens sechs Windungen um die Auslassöffnung umfassen. Damit wird eine Verdampferstrecke bereitgestellt, die ausreichend lang für eine effektive Verdampfung ist.The refrigerant channel can comprise at least two turns, preferably at least four turns and even more preferably at least six turns around the outlet opening. This provides an evaporator section that is long enough for effective evaporation.

Der Begriff „Windung“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf einen Durchgang um einen Mittelpunkt oder eine Mittellinie beziehen. Der Durchgang kann dabei gekrümmt bzw. bogenförmig oder auch polygonal erfolgen. Dabei bezieht sich der Begriff insbesondere um einen vollständigen Durchgang um den Mittelpunkt, d.h. um 360° um den Mittelpunkt.The term "winding" as used herein is a broad term which should be given its ordinary and current meaning as understood by those skilled in the art. The term is not limited to any specific or adapted meaning. In particular, the term may refer, without limitation, to a passage about a midpoint or centerline. The passage can be curved or arcuate or also polygonal. In particular, the term refers to a complete passage around the center, i.e. 360° around the center.

Eine Querschnittsfläche des Kältemittelkanals kann mit zunehmenden radialen Abstand von der Einlassöffnung zunehmen. Entsprechend kann der Kältemittelkanal ähnlich einer logarithmischen Spirale aufgebaut sein, was die Verdrängung von verdampften Kältemittel mit flüssigem Kältemittel verbessert.A cross-sectional area of the refrigerant channel may increase with increasing radial distance from the inlet port. Correspondingly, the refrigerant channel can be constructed like a logarithmic spiral, which improves the displacement of vaporized refrigerant with liquid refrigerant.

Der Begriff „Querschnittsfläche“ des Kältemittelkanals, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf eine Flächenabmessung des Kältemittelkanals senkrecht zu einer Mittellinie oder Erstreckungsrichtung des Kältemittelkanals beziehen.As used herein, the term “cross-sectional area” of the refrigerant passage is a broad term that should be given its ordinary and conventional meaning as understood by those skilled in the art. The term is not limited to any specific or adapted meaning. The term can, without limitation, refer in particular to an area dimension of the refrigerant channel perpendicular to a center line or direction of extension of the refrigerant channel.

Eine radiale Abmessung des Verdampfers kann größer als eine axiale Abmessung sein. Somit ist der Verdampfer flächenhaft ausgebildet.A radial dimension of the evaporator may be greater than an axial dimension. The evaporator is thus formed over a large area.

Der Verdampfer kann mittels mindestens eines additiven Fertigungsverfahrens hergestellt sein. Mittels eines solchen Fertigungsverfahrens lassen sich auch komplexe Geometrien realisieren.The evaporator can be manufactured using at least one additive manufacturing process. Complex geometries can also be realized by means of such a manufacturing process.

Der Begriff „additives Fertigungsverfahren“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf eine umfassende Bezeichnung für alle Fertigungsverfahren beziehen, bei denen Material Schicht für Schicht aufgetragen und so dreidimensionale Gegenstände (Werkstücke) erzeugt werden. Ein solches Fertigungsverfahren ist beispielsweise der 3D-Druck. Dabei erfolgt der schichtweise Aufbau computergesteuert aus einem oder mehreren flüssigen oder festen Werkstoffen nach vorgegebenen Maßen und Formen (siehe CAD/CAM). Beim Aufbau finden physikalische oder chemische Härtungs- oder Schmelzprozesse statt. Typische Werkstoffe für das 3D-Drucken sind Kunststoffe, Kunstharze, Keramiken und speziell aufbereitete Metalle. Inzwischen wurden auch Carbon- und Graphitmaterialien für den 3D-Druck von Teilen aus Kohlenstoff entwickelt. Obwohl es sich oft um formende Verfahren handelt, sind für ein konkretes Erzeugnis keine speziellen Werkzeuge erforderlich, die die jeweilige Geometrie des Werkstückes gespeichert haben (zum Beispiel Gussformen).The term "additive manufacturing process" as used herein is a broad term that should be given its ordinary and conventional meaning as understood by those skilled in the art. The term is not limited to any specific or adapted meaning. The term can, without limitation, refer in particular to a comprehensive term for all manufacturing processes in which material is applied layer by layer and three-dimensional objects (workpieces) are thus produced. One such manufacturing process is 3D printing, for example. The layered structure com computer-controlled from one or more liquid or solid materials according to specified dimensions and shapes (see CAD/CAM). During construction, physical or chemical hardening or melting processes take place. Typical materials for 3D printing are plastics, synthetic resins, ceramics and specially prepared metals. Meanwhile, carbon and graphite materials have also been developed for 3D printing carbon parts. Although it is often a matter of forming processes, no special tools are required for a specific product that have stored the respective geometry of the workpiece (e.g. casting moulds).

Der Begriff „scheibenförmig“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf eine Form einer Scheibe beziehen. Eine Scheibe ist ein geometrischer Körper in Form eines Zylinders, dessen Radius (r) um ein Vielfaches höher ist als seine Dicke (z). Ist die Dicke gleich Null, erhält man ein zweidimensionales Element, das Kreisscheibe oder Kreisfläche genannt wird. Über diese mathematisch strenge Definition hinaus kann sich der Begriff auf eine Vielfalt flacher Gegenstände beziehen, wobei er sich mit dem der Platte überschneiden kann.The term "disc-shaped" as used herein is a broad term which should be given its ordinary and current meaning as understood by those skilled in the art. The term is not limited to any specific or adapted meaning. In particular, the term may refer to a shape of a disc, without limitation. A disc is a geometric body in the form of a cylinder whose radius (r) is many times greater than its thickness (z). If the thickness is zero, you get a two-dimensional element called a disc or area of a circle. Beyond this mathematically rigorous definition, the term can refer to a variety of flat objects, where it can overlap with that of slab.

Ferner wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Computerprogramm vorgeschlagen, das bei Ablauf auf einem Computer oder Computer-Netzwerk das erfindungsgemäße Betriebsverfahren in einer seiner Ausgestaltungen ausführt.Furthermore, within the scope of the present invention, a computer program is proposed which, when run on a computer or computer network, executes the operating method according to the invention in one of its configurations.

Weiterhin wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Computerprogramm mit Programmcode-Mitteln vorgeschlagen, um das erfindungsgemäße Verfahren in einer seiner Ausgestaltungen durchzuführen, wenn das Programm auf einem Computer oder Computer-Netzwerk ausgeführt wird. Insbesondere können die Programmcode-Mittel auf einem computerlesbaren Datenträger und/oder einem computerlesbaren Speichermedium gespeichert sein.Furthermore, within the scope of the present invention, a computer program with program code means is proposed in order to carry out the method according to the invention in one of its configurations when the program is run on a computer or computer network. In particular, the program code means can be stored on a computer-readable data carrier and/or a computer-readable storage medium.

Der Begriffe „computerlesbarer Datenträger“ und „computerlesbares Speichermedium“, wie sie hier verwendet werden, können sich insbesondere auf nicht-transitorische Datenspeicher beziehen, beispielsweise ein Hardware-Datenspeichermedium, auf welchem computer-ausführbare Instruktionen gespeichert sind. Der computerlesbare Datenträger oder das computerlesbare Speichermedium können insbesondere ein Speichermedium wie ein Random-Access Memory (RAM) und/oder ein Read-Only Memory (ROM) sein oder umfassen.As used herein, the terms "computer-readable data carrier" and "computer-readable storage medium" may refer in particular to non-transitory data storage, for example a hardware data storage medium on which computer-executable instructions are stored. The computer-readable data carrier or the computer-readable storage medium can in particular be or include a storage medium such as a random access memory (RAM) and/or a read-only memory (ROM).

Außerdem wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Datenträger vorgeschlagen, auf dem eine Datenstruktur gespeichert ist, die nach einem Laden in einen Arbeits- und/oder Hauptspeicher eines Computers oder Computer-Netzwerkes das erfindungsgemäße Verfahren in einer seiner Ausgestaltungen ausführen kann.In addition, the present invention proposes a data carrier on which a data structure is stored which, after loading into a working memory and/or main memory of a computer or computer network, can execute the method according to the invention in one of its configurations.

Auch wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Computerprogramm-Produkt mit auf einem maschinenlesbaren Träger gespeicherten Programmcode-Mitteln vorgeschlagen, um das erfindungsgemäße Verfahren in einer seiner Ausgestaltungen durchzuführen, wenn das Programm auf einem Computer oder Computer-Netzwerk ausgeführt wird.A computer program product with program code means stored on a machine-readable carrier is also proposed within the scope of the present invention in order to carry out the method according to the invention in one of its configurations when the program is executed on a computer or computer network.

Dabei wird unter einem Computer-Programmprodukt das Programm als handelbares Produkt verstanden. Es kann grundsätzlich in beliebiger Form vorliegen, so zum Beispiel auf Papier oder einem computerlesbaren Datenträger und kann insbesondere über ein Datenübertragungsnetz verteilt werden.A computer program product is understood as the program as a tradable product. In principle, it can be in any form, for example on paper or on a computer-readable data medium, and can be distributed in particular via a data transmission network.

Schließlich wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein moduliertes Datensignal vorgeschlagen, welches von einem Computersystem oder Computernetzwerk ausführbare Instruktionen zum Ausführen eines Verfahrens nach einer der beschriebenen Ausführungsformen enthält.Finally, within the scope of the present invention, a modulated data signal is proposed, which contains instructions that can be executed by a computer system or computer network for executing a method according to one of the described embodiments.

Im Hinblick auf die computer-implementierten Aspekte der Erfindung können einer, mehrere oder sogar alle Verfahrensschritte des Verfahrens gemäß einer oder mehreren der hier vorgeschlagenen Ausgestaltungen mittels eines Computers oder Computer-Netzwerks durchgeführt werden. Somit können, allgemein, jegliche der Verfahrensschritte, einschließlich der Bereitstellung und/oder Manipulation von Daten mittels eines Computers oder Computer-Netzwerks durchgeführt werden. Allgemein können diese Schritte jegliche der Verfahrensschritte umfassen, ausgenommen der Schritte, welche manuelle Arbeit erfordern, beispielsweise das Bereitstellen von Proben und/oder bestimmte Aspekte der Durchführung tatsächlicher Messungen.With regard to the computer-implemented aspects of the invention, one, several or even all method steps of the method according to one or more of the configurations proposed here can be carried out by means of a computer or computer network. Thus, in general, any of the method steps including the provision and/or manipulation of data can be performed using a computer or computer network. In general, these steps may include any of the method steps excluding steps that require manual labor, such as providing samples and/or certain aspects of making actual measurements.

Zusammenfassend werden, ohne Beschränkung weiterer möglicher Ausgestaltungen, folgende Ausführungsformen vorgeschlagen:

Ausführungsform 1: Verdampfer für einen Kühlkreislauf, umfassend mindestens einen Kältemittelkanal, wobei der Kältemittelkanal eine Einlassöffnung und eine Auslassöffnung aufweist, wobei die Einlassöffnung zum Einlassen von Kältemittel in den Kältemittelkanal ausgebildet ist, wobei die Auslassöffnung zum Auslassen von Kältemittel aus dem Kältemittelkanal ausgebildet ist, wobei der Kältemittelkanal um die Einlassöffnung gewunden ausgebildet ist, wobei ein radialer Abstand des Kältemittelkanals zu der Einlassöffnung mit zunehmender Länge des Kältemittelkanals in Richtung zu der Auslassöffnung zunimmt.
Ausführungsform 2: Verdampfer nach der vorhergehenden Ausführungsform, wobei der Kältemittelkanal um die Einlassöffnung innerhalb einer Ebene gewunden ist oder entlang einer Fläche, die von einer Ebene abweicht, um die Einlassöffnung gewunden ist.
Ausführungsform 3: Verdampfer nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei sich eine Mittelachse der Einlassöffnung in einen Winkel von 0° bis 90° zu einer Projektionsebene parallel zu einer Windung des Kältemittelkanals erstreckt. Ausführungsform 4: Verdampfer nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei der Kältemittelkanal im Wesentlichen spiralförmig um die Einlassöffnung angeordnet ist.
Ausführungsform 5: Verdampfer nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei der Kältemittelkanal von einer oberen Kanalwand, einer unteren Kanalwand und einer seitlichen Kanalwand begrenzt ist.
Ausführungsform 6: Verdampfer nach der vorhergehenden Ausführungsform, wobei die Einlassöffnung in der oberen Kanalwand oder in der unteren Kanalwand ausgebildet ist.
Ausführungsform 7: Verdampfer nach der vorhergehenden Ausführungsform, wobei die Einlassöffnung in der oberen Kanalwand ausgebildet ist und die untere Kanalwand zum Anbringen an einem zu kühlenden Bauteil ausgebildet ist, wobei die seitliche Kanalwand zum Bewirken einer Beschleunigung auf das Kältemittel in Richtung zu der unteren Kanalwand ausgebildet ist, oder wobei die Auslassöffnung in der unteren Kanalwand ausgebildet ist und die obere Kanalwand zum Anbringen an einem zu kühlenden Bauteil ausgebildet ist, wobei die seitliche Kanalwand zum Bewirken einer Beschleunigung auf das Kältemittel in Richtung zu der oberen Kanalwand ausgebildet ist.
Ausführungsform 8: Verdampfer nach der vorhergehenden Ausführungsform, wobei die seitliche Kanalwand in einem vorbestimmten Winkel zu der Einlassöffnung angeordnet ist.
Ausführungsform 9: Verdampfer nach der vorhergehenden Ausführungsform, wobei der vorbestimmte Winkel mit zunehmenden radialen Abstand von der Einlassöffnung abnimmt.
Ausführungsform 10: Verdampfer nach einer der beiden vorhergehenden Ausführungsformen, wobei der vorbestimmte Winkel in einem Bereich von 0° bis 90°, insbesondere 5° bis 80° und bevorzugt 5° bis 65° und noch bevorzugter 5° bis 50° ist.
Ausführungsform 11: Verdampfer nach einem der drei vorhergehenden Ausführungsformen, wobei der Winkel an einem Übergang der seitlichen Kanalwand in die obere Kanalwand oder in die untere Kanalwand, die der Einlassöffnung gegenüberliegt, bestimmt ist..
Ausführungsform 12: Verdampfer nach einem der vier vorhergehenden Ausführungsformen, wobei die seitliche Kanalwand gerade, konkav gekrümmt, konvex gekrümmt, stufenförmig oder ungerade ausgebildet ist.
Ausführungsform 13: Verdampfer nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei die Einlassöffnung zum Verbinden mit einer Zuleitung zum Zuführen von Kältemittel in den Kältemittelkanal ausgebildet ist.
Ausführungsform 14: Verdampfer nach der vorhergehenden Ausführungsform, wobei sich die Zuleitung im Wesentlichen in einem Winkel von 0° bis 90° zu einer Projektionsebene parallel zu einer Windung des Kältemittelkanals erstreckt.
Ausführungsform 15: Verdampfer nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei der Kältemittelkanal mindestens zwei Windungen, bevorzugt mindestens vier Windungen und noch bevorzugter mindestens sechs Windungen um die Auslassöffnung umfasst.
Ausführungsform 16: Verdampfer nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei eine Querschnittsfläche des Kältemittelkanals mit zunehmenden radialen Abstand von der Einlassöffnung zunimmt.
Ausführungsform 17: Verdampfer nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei eine radiale Abmessung des Verdampfers größer als eine axiale Abmessung ist.
Ausführungsform 18: Verdampfer nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei der Verdampfer mittels mindestens eines additiven Fertigungsverfahrens hergestellt ist.

In summary, the following embodiments are proposed without restricting further possible configurations:

Embodiment 1: evaporator for a cooling circuit, comprising at least one refrigerant channel, wherein the refrigerant channel has an inlet opening and an outlet opening, wherein the inlet opening is designed for letting refrigerant into the refrigerant channel, wherein the outlet opening is designed for letting refrigerant out of the refrigerant channel, wherein the refrigerant channel around the in outlet opening is formed wound, wherein a radial distance of the refrigerant channel to the inlet opening increases with increasing length of the refrigerant channel in the direction of the outlet opening.
Embodiment 2: The evaporator according to the foregoing embodiment, wherein the refrigerant passage is wound around the inlet port within a plane or is wound around the inlet port along a surface deviated from a plane.
Embodiment 3: Evaporator according to one of the preceding embodiments, wherein a central axis of the inlet opening extends at an angle of 0° to 90° to a projection plane parallel to a turn of the refrigerant channel. Embodiment 4: Evaporator according to one of the preceding embodiments, wherein the refrigerant channel is arranged essentially spirally around the inlet opening.
Embodiment 5: Evaporator according to one of the preceding embodiments, wherein the refrigerant channel is delimited by an upper channel wall, a lower channel wall and a lateral channel wall.
Embodiment 6: Evaporator according to the previous embodiment, wherein the inlet opening is formed in the upper duct wall or in the lower duct wall.
Embodiment 7: Evaporator according to the previous embodiment, wherein the inlet opening is formed in the upper channel wall and the lower channel wall is formed for attachment to a component to be cooled, wherein the side channel wall is formed for causing acceleration of the refrigerant towards the lower channel wall or wherein the outlet opening is formed in the lower duct wall and the upper duct wall is formed for attachment to a component to be cooled, wherein the lateral duct wall is formed for causing acceleration of the refrigerant toward the upper duct wall.
Embodiment 8: Evaporator according to the previous embodiment, wherein the side channel wall is arranged at a predetermined angle to the inlet opening.
Embodiment 9: Evaporator according to the previous embodiment, wherein the predetermined angle decreases with increasing radial distance from the inlet opening.
Embodiment 10: Evaporator according to one of the two previous embodiments, wherein the predetermined angle is in a range of 0° to 90°, in particular 5° to 80° and preferably 5° to 65° and even more preferably 5° to 50°.
Embodiment 11 Evaporator according to one of the three preceding embodiments, wherein the angle is determined at a transition of the side channel wall into the upper channel wall or into the lower channel wall opposite the inlet opening.
Embodiment 12 Evaporator according to one of the four preceding embodiments, wherein the lateral channel wall is straight, concavely curved, convexly curved, stepped or odd.
Embodiment 13: Evaporator according to one of the preceding embodiments, wherein the inlet opening is designed for connection to a feed line for feeding refrigerant into the refrigerant channel.
Embodiment 14: Evaporator according to the previous embodiment, wherein the feed line extends essentially at an angle of 0° to 90° to a plane of projection parallel to a turn of the refrigerant channel.
Embodiment 15: Evaporator according to one of the preceding embodiments, wherein the refrigerant channel comprises at least two turns, preferably at least four turns and even more preferably at least six turns around the outlet opening.
Embodiment 16: Evaporator according to one of the preceding embodiments, wherein a cross-sectional area of the refrigerant channel increases with increasing radial distance from the inlet opening.
Embodiment 17: Evaporator according to one of the preceding embodiments, wherein a radial dimension of the evaporator is greater than an axial dimension.
Embodiment 18 Evaporator according to one of the preceding embodiments, wherein the evaporator is produced by means of at least one additive manufacturing process.

Figurenlistecharacter list

Weitere Einzelheiten und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen, insbesondere in Verbindung mit den Unteransprüchen. Hierbei können die jeweiligen Merkmale für sich alleine oder zu mehreren in Kombination miteinander verwirklicht sein. Die Erfindung ist nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt. Die Ausführungsbeispiele sind in den Figuren schematisch dargestellt. Gleiche Bezugsziffern in den einzelnen Figuren bezeichnen dabei gleiche oder funktionsgleiche bzw. hinsichtlich ihrer Funktionen einander entsprechende Elemente.Further details and features emerge from the following description of exemplary embodiments, in particular in connection with the dependent claims. The respective features can be implemented individually or in combination with one another. The invention is not limited to the exemplary embodiments. The exemplary embodiments are shown schematically in the figures. Same reference numbers in a Individual figures designate elements that are the same or have the same function or that correspond to one another in terms of their functions.

Im Einzelnen zeigen:

1 eine Unteransicht eines Verdampfers für einen Kühlkreislauf gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
2 eine Schnittansicht des Verdampfers entlang einer Linie A - A der 1; und
3 einen vergrößerten Ausschnitt der Schnittansicht der 2.

Show in detail:

1 a bottom view of an evaporator for a refrigeration cycle according to an embodiment of the invention;
2 a sectional view of the evaporator along a line A - A of FIG 1 ; and
3 an enlarged detail of the sectional view of the 2 .

Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the exemplary embodiments

1 zeigt eine Unteransicht eines Verdampfers 10 für einen Kühlkreislauf gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Der Verdampfer 10 ist bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel im Wesentlichen scheibenförmig ausgebildet. Der Verdampfer 10 ist mit einer Zuleitung 12 für ein Kältemittel verbunden. Beispielsweise ist die Zuleitung 12 mit einer nicht näher gezeigten Drossel des Kühlkreislaufs verbunden. Die Zuleitung 12 kann grundsätzlich einen konstanten Innendurchmesser über ihre gesamte Länge aufweisen. Es wird jedoch explizit betont, dass die Zuleitung 12 auch nach Bedarf bzw. in Abhängigkeit der jeweiligen Anwendung anders gestaltet sein könnte. Beispielsweise kann die Zuleitung einen größeren Durchmesser als dargestellt und eine Verjüngung des Durchmessers zum Erzielen eines spezifischen Druckverlusts mittels beispielsweise einer Blende aufweisen. Das Ende der Zuleitung 12, d.h. der mit dem Verdampfer 10 verbundene Abschnitt der Zuleitung 12, könnte auch eine Phase oder andere Querschnittsveränderung aufweisen, damit der Sprühwinkel bzw. Strahl je nach Anwendung verändert werden kann. 1 12 shows a bottom view of an evaporator 10 for a refrigeration cycle according to an embodiment of the invention. In the exemplary embodiment shown, the evaporator 10 is essentially disc-shaped. The evaporator 10 is connected to a supply line 12 for a refrigerant. For example, the feed line 12 is connected to a throttle of the cooling circuit, not shown in detail. In principle, the feed line 12 can have a constant inner diameter over its entire length. However, it is explicitly emphasized that the feed line 12 could also be designed differently as required or depending on the respective application. For example, the feed line can have a larger diameter than shown and a narrowing of the diameter to achieve a specific pressure loss by means of an orifice, for example. The end of the feed line 12, ie the portion of the feed line 12 connected to the evaporator 10, could also have a phase or other cross-sectional change so that the spray angle or jet can be changed depending on the application.

Der Verdampfer 10 umfasst weiterhin mindestens einen Kältemittelkanal 14. Der Kältemittelkanal 14 weist eine Einlassöffnung 16 und eine Auslassöffnung 18 auf. Die Einlassöffnung 16 ist zum Einlassen von Kältemittel in den Kältemittelkanal 14 ausgebildet. Zu diesem Zweck ist die Einlassöffnung 16 mit der Zuleitung 12 verbindbar. Die Auslassöffnung 18 ist zum Auslassen von Kältemittel aus dem Kältemittelkanal 18 ausgebildet. Der Kältemittelkanal 14 ist um die Einlassöffnung 16 gewunden ausgebildet. Dabei nimmt ein radialer Abstand des Kältemittelkanals 14 zu der Einlassöffnung 16 mit zunehmender Länge 20 des Kältemittelkanals 14 in Richtung zu der Auslassöffnung 18 zu. Die Länge 20 wird dabei entsprechend ausgehend von der Einlassöffnung 16 ausgehend definiert. Der Kältemittelkanal 14 ist bei der gezeigten Ausführungsform innerhalb einer Ebene 22 um die Einlassöffnung 16 gewunden. Mit anderen Worten erstreckt sich der Kältemittelkanal 14 innerhalb einer Ebene 22 und ist in dieser Ebene 22 um die Einlassöffnung 16 gewunden. Die Ebene 22 kann sich dabei im Wesentlichen senkrecht, wie beispielsweise genau senkrecht, zu einer Mittelachse 24 der Einlassöffnung 16 erstrecken. Grundsätzlich kann sich die Mittelachse 24 der Einlassöffnung 16 in einen Winkel von 0° bis 90° zu einer Projektionsebene parallel zu einer Windung des Kältemittelkanals 14 erstrecken. Mit anderen Worten kann die Einlassöffnung 16 in jeder Position oder Orientierung von parallel bis senkrecht zu einer Projektionsebene der Windung des Kältemittelkanals 14 angeordnet sein. Bei der gezeigten Ausführungsform ist der Kältemittelkanal 14 im Wesentlichen spiralförmig innerhalb der Ebene 22 um die Einlassöffnung 16 angeordnet. Der Kältemittelkanal 14 umfasst mindestens zwei Windungen, bevorzugt mindestens vier Windungen und noch bevorzugter mindestens sechs Windungen um die Einlassöffnung 16, wie beispielsweise acht oder noch mehr Windungen.The evaporator 10 further comprises at least one refrigerant channel 14. The refrigerant channel 14 has an inlet opening 16 and an outlet opening 18. The inlet opening 16 is designed for letting refrigerant into the refrigerant channel 14 . For this purpose, the inlet opening 16 can be connected to the feed line 12 . The outlet opening 18 is designed to let out refrigerant from the refrigerant channel 18 . The refrigerant channel 14 is formed wound around the inlet opening 16 . A radial distance between the refrigerant channel 14 and the inlet opening 16 increases as the length 20 of the refrigerant channel 14 increases in the direction towards the outlet opening 18 . The length 20 is correspondingly defined starting from the inlet opening 16 . In the embodiment shown, the refrigerant channel 14 is wound around the inlet opening 16 within a plane 22 . In other words, the refrigerant channel 14 extends within a plane 22 and is wound around the inlet opening 16 in this plane 22 . In this case, the plane 22 can extend essentially perpendicularly, for example exactly perpendicularly, to a central axis 24 of the inlet opening 16 . In principle, the central axis 24 of the inlet opening 16 can extend at an angle of 0° to 90° to a plane of projection parallel to a turn of the refrigerant channel 14 . In other words, the inlet opening 16 can be arranged in any position or orientation from parallel to perpendicular to a plane of projection of the winding of the refrigerant channel 14 . In the embodiment shown, the refrigerant channel 14 is arranged in a substantially spiral shape within the plane 22 around the inlet opening 16 . The refrigerant passage 14 includes at least two turns, preferably at least four turns, and more preferably at least six turns around the inlet port 16, such as eight or more turns.

2 zeigt eine Schnittansicht des Verdampfers 10 entlang einer Linie A - A der 1. 3 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt der Schnittansicht der 2. Wie in den 2 und 3 zu erkennen, erstreckt sich die Zuleitung 12 parallel zu einer Projektionsebene, in der der Kältemittelkanal 14 gewunden ist. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel erstreckt sich die Zuleitung 12 im Wesentlichen radial bezüglich der Einlassöffnung 16. Es wird jedoch explizit betont, dass die Zuleitung 12 nach Bedarf bzw. in Abhängigkeit von der jeweiligen Anwendung und den räumlichen Gegebenheiten relativ zu der Einlassöffnung 16 orientiert sein kann, beispielsweise in einem Winkel von 0° bis 90° zu der Ebene 22. Die Zuleitung 12 ist in jedem Fall so ausgebildet bzw. gestaltet, dass Kältemittel in einem im Wesentlichen flüssigen Zustand zu der Einlassöffnung 16 gelangt. Der Druck des Kältemittels in einer solchen Zuleitung ist üblicherweise in einem Bereich von 9 bar bis 15 bar in Abhängigkeit vom jeweiligen Kältemittel. Auch andere Drücke sind jedoch grundsätzlich realisierbar. 2 shows a sectional view of the evaporator 10 along a line A - A of FIG 1 . 3 shows an enlarged detail of the sectional view of FIG 2 . As in the 2 and 3 to recognize, the feed line 12 extends parallel to a plane of projection, in which the refrigerant channel 14 is wound. In the exemplary embodiment shown, the feed line 12 extends essentially radially with respect to the inlet opening 16. However, it is explicitly emphasized that the feed line 12 can be oriented relative to the inlet opening 16 as required or depending on the respective application and the spatial conditions. for example at an angle of 0° to 90° to the plane 22. In any case, the supply line 12 is constructed or designed in such a way that refrigerant reaches the inlet opening 16 in a substantially liquid state. The pressure of the refrigerant in such a supply line is usually in a range from 9 bar to 15 bar, depending on the particular refrigerant. However, other pressures can also be realized in principle.

Der Kältemittelkanal 14 ist von einer oberen Kanalwand 26, einer unteren Kanalwand 28 und einer seitlichen Kanalwand 30 begrenzt. Grundsätzlich ist die Einlassöffnung 16 in der oberen Kanalwand 26 oder in der unteren Kanalwand 28 ausgebildet ist. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Einlassöffnung 16 in der oberen Kanalwand 26 ausgebildet. Weiterhin ist die untere Kanalwand 28 zum Anbringen an einem zu kühlenden Bauteil ausgebildet. Es wird jedoch explizit betont, dass die Einlassöffnung 16 in der unteren Kanalwand 28 ausgebildet sein kann und die obere Kanalwand 26 zum Anbringen an einem zu kühlenden Bauteil ausgebildet sein kann. Mit anderen Worten wird der Verdampfer 10 mit der der Einlassöffnung 16 gegenüberliegenden Kanalwand an einem zu kühlenden Bauteil angebracht.The refrigerant channel 14 is delimited by an upper channel wall 26 , a lower channel wall 28 and a lateral channel wall 30 . In principle, the inlet opening 16 is formed in the upper channel wall 26 or in the lower channel wall 28 . In the embodiment shown, the inlet opening 16 is formed in the upper duct wall 26 . Furthermore, the lower channel wall 28 is designed to be attached to a component to be cooled. However, it is explicitly emphasized that the inlet opening 16 can be formed in the lower duct wall 28 and the upper duct wall 26 can be designed for attachment to a component to be cooled. In other words, the evaporator 10 is attached to a component to be cooled with the duct wall opposite the inlet opening 16 .

Die seitliche Kanalwand 30 trennt die einzelnen Abschnitte des Kältemittelkanals 18 in radialer Richtung bezüglich der Einlassöffnung 16 gesehen voneinander. Die seitliche Kanalwand 30 ist zum Bewirken einer Beschleunigung auf das Kältemittel in Richtung zu der unteren Kanalwand 28 ausgebildet. Wie weiter zu erkennen, ist die seitliche Kanalwand 30 in einem vorbestimmten Winkel α in Richtung zu der Einlassöffnung 16 angeordnet. Dieser vorbestimmte Winkel α wirkt als Anstellwinkel wie nachstehend noch näher erläutert wird. Der vorbestimmte Winkel α ist in einem Bereich von 0° bis 90°, insbesondere 5° bis 80° und bevorzugt 5° bis 65° und noch bevorzugter 5° bis 50°, wie beispielsweise 45°. Der Winkel α ist an einem Übergang der seitlichen Kanalwand 30 in die obere Kanalwand 26 oder in die untere Kanalwand 28, die der Einlassöffnung 16 gegenüberliegt, bestimmt. Dabei ist zu beachten, dass die Einlassöffnung 16 wie oben beschrieben nicht zwingend parallel zur oberen Kanalwand 26 oder unteren Kanalwand 28, die der Einlassöffnung 16 gegenüberliegt, orientiert sein muss. Die vorliegende Erfindung erlaubt explizit eine Orientierung der Einlassöffnung 16 und der seitlichen Kanalwand 30 relativ zueinander. Daher wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung der Winkel α zwischen einer imaginären (Mittel-)Linie senkrecht zur Öffnungsfläche der Einlassöffnung 16 durch deren Mittelpunkt und der seitlichen Kanalwand 30 an der Stelle ihres Übergangs in die obere Kanalwand 26 oder in die untere Kanalwand 28, die der Einlassöffnung 16 gegenüberliegt, bestimmt. Hier wird der Winkel α am Übergang der seitlichen Kanalwand 30 in die untere Kanalwand 28 bestimmt. Wie weiter zu erkennen ist, ist die seitliche Kanalwand 30 bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel gerade ausgebildet. Es wird jedoch explizit betont, dass die Beschleunigung des Kältemittels in Richtung zu derjenigen Kanalwand, die zum Anbringen an dem zu kühlenden Bauteil vorgesehen ist, auch durch andere Formen der seitlichen Kanalwand 30 realisiert werden kann. Entsprechend kann die seitliche Kanalwand 30 nach Bedarf bzw. Belieben geformt sein, solange eine Beschleunigung des Kältemittels in Richtung zu derjenigen oberen oder unteren Kanalwand 26, 28, die zum Anbringen an dem zu kühlenden Bauteil vorgesehen ist, bewirkt wird. Grundsätzlich kann die seitliche Kanalwand 30 gerade, konkav gekrümmt, konvex gekrümmt, stufenförmig oder ungerade ausgebildet sein. Beispielsweise kann der Winkel α bei einer gekrümmten seitlichen Kanalwand 30 zwischen einer Tangente an die seitliche Kanalwand 30 am Übergang in die untere Kanalwand 28 oder der unteren Kanalwand 28 definiert werden, je nachdem welche Kanalwand der Einlassöffnung 16 gegenüberliegt.The lateral channel wall 30 separates the individual sections of the refrigerant channel 18 from one another, viewed in the radial direction with respect to the inlet opening 16 . The side channel wall 30 is configured to cause the refrigerant to accelerate toward the lower channel wall 28 . As can further be seen, the lateral channel wall 30 is arranged at a predetermined angle α in the direction of the inlet opening 16 . This predetermined angle α acts as an angle of attack, as will be explained in more detail below. The predetermined angle α is in a range of 0° to 90°, more preferably 5° to 80° and preferably 5° to 65° and more preferably 5° to 50°, such as 45°. The angle α is determined at a transition of the lateral channel wall 30 into the upper channel wall 26 or into the lower channel wall 28 opposite the inlet opening 16 . It should be noted here that the inlet opening 16 , as described above, does not necessarily have to be oriented parallel to the upper channel wall 26 or lower channel wall 28 which is opposite the inlet opening 16 . The present invention explicitly allows an orientation of the inlet opening 16 and the side channel wall 30 relative to each other. Therefore, in the context of the present invention, the angle α between an imaginary (center) line perpendicular to the opening surface of the inlet port 16 through its center and the side channel wall 30 at the point of its transition into the upper channel wall 26 or into the lower channel wall 28, the the inlet port 16 opposite, determined. Here the angle α at the transition of the lateral channel wall 30 into the lower channel wall 28 is determined. As can also be seen, the lateral channel wall 30 is straight in the embodiment shown. However, it is explicitly emphasized that the acceleration of the refrigerant in the direction of that channel wall which is provided for attachment to the component to be cooled can also be realized by other shapes of the lateral channel wall 30 . Accordingly, the side duct wall 30 may be shaped as desired so long as the refrigerant is caused to accelerate toward whichever upper or lower duct wall 26, 28 is intended to be attached to the component to be cooled. In principle, the lateral channel wall 30 can be straight, concavely curved, convexly curved, stepped or odd. For example, in the case of a curved lateral channel wall 30 , the angle α can be defined between a tangent to the lateral channel wall 30 at the transition into the lower channel wall 28 or the lower channel wall 28 , depending on which channel wall faces the inlet opening 16 .

Eine Querschnittsfläche 32 des Kältemittelkanals 14 nimmt in radialer Richtung nach außen bezüglich der Einlassöffnung 16 gesehen zu. Aufgrund der geschlossenen Kanalstruktur ist es bevorzugt, dass der Verdampfer 10 mittels mindestens eines additiven Fertigungsverfahrens hergestellt ist. Die genauen Abmessungen des Kältekanals 14, wie beispielsweise Länge, Querschnittsfläche, Höhe, Krümmungsradius usw., hängen dabei von der zum Kühlen erforderlichen Verdampferleistung ab. So können diese basierend auf einem zum Kühlen erforderlichen Massen- und/oder Volumenstrom berechnet werden.A cross-sectional area 32 of the refrigerant passage 14 increases as viewed in the radial direction outwards with respect to the inlet opening 16 . Due to the closed channel structure, it is preferred that the evaporator 10 is manufactured using at least one additive manufacturing process. The exact dimensions of the cold channel 14, such as length, cross-sectional area, height, radius of curvature, etc., depend on the evaporator capacity required for cooling. In this way, they can be calculated based on a mass and/or volume flow required for cooling.

Der Verdampfer 10 kann wie folgt modifiziert werden. Der Kältemittelkanal 14 kann entlang einer gekrümmten Fläche um die Einlassöffnung 16 angeordnet sein. Beispielsweise kann der Kältemittelkanal 14 entlang einer gekrümmten Fläche, wie beispielsweise konkav gekrümmten Fläche, um die Einlassöffnung 16 angeordnet sein. Entsprechend weist bei einer solchen Ausführungsform der Kältemittelkanal 14 mit zunehmender Länge 20 einen zunehmenden axialen Abstand zu einer Ebene 22 senkrecht zu der Einlassöffnung 16 auf. Es wird explizit betont, dass der vorbestimmte Winkel α nicht über die gesamte Länge 20 des Kältemittelkanals 18 identisch groß sein muss. Beispielsweise nimmt der vorbestimmte Winkel α mit zunehmenden radialen Abstand von der Einlassöffnung 16 ab.The evaporator 10 can be modified as follows. The refrigerant channel 14 may be arranged along a curved surface around the inlet opening 16 . For example, the refrigerant channel 14 may be arranged around the inlet opening 16 along a curved surface, such as a concave curved surface. Correspondingly, in such an embodiment, the refrigerant channel 14 has an increasing axial distance from a plane 22 perpendicular to the inlet opening 16 as the length 20 increases. It is explicitly emphasized that the predetermined angle α does not have to be of the same size over the entire length 20 of the refrigerant channel 18 . For example, the predetermined angle α decreases as the radial distance from the inlet opening 16 increases.

Die Betriebsweise des Verdampfers 10 wird nachstehend erläutert. Kältemittel wird von einer Drossel des Kühlkreislaufs kommend dem Verdampfer 10 zugeführt. Dabei wird das Kältemittel in seiner flüssigen Phase mittels des Einlasses der Zufuhrleitung 12 in die Zufuhrleitung 12 gefördert. Das Kältemittel tritt dann durch die Einlassöffnung 16 aus der Zufuhrleitung aus und wird so dem Kältemittelkanal 14 zugeführt. Die Zuführung des Kältemittels erfolgt dabei an einem Mittelpunkt des Kältemittelkanals 14, d.h. einen Punkt, um den der Kältemittelkanal 14 gewunden ist. Das Kältemittel durchströmt den Kältemittelkanal 14 und verdampft dabei teilweise. Beispielsweise wird das Kältemittel in dem Kältemittelkanal 14 von einem dem Verdampfer 10 nachgeschalteten Verdichter, Zwischenverdampfer oder einer Pumpe angesaugt. So wird das flüssige Kältemittel durch den spiralförmigen Kältemittelkanal 14 geleitet. Die seitlichen Kanalwände 30 sind geometrisch so ausgeführt, dass dadurch mit der beim Durchströmen auftretenden Zentrifugalkraft das Kältemittel entlang der seitlichen Kanalwand 30 an die heiße untere Kanalwand 28 des Verdampfers 10 gedrückt wird. Dabei wird die Verdampferstrecke mit steigendem Dampfgehalt größer, wobei das Kältemittel ein konstantes Volumen, einen geringen Druckverlust und eine annährend konstante Verdampfungstemperaturaufweist. Die Geschwindigkeit des Kältemittels beim Durchströmen nimmt dabei entlang der Länge 20 des Kältemittelkanals 14 zu. Dies führt dazu, dass ein sich beim Verdampfen gebildeter Dampffilm mit flüssigem Fluid durchdrungen wird. Auf diese Weise ist es möglich Wärmeströme zu kühlen, die oberhalb der kritischen Wärmestromdichte liegen. Wie oben erläutert, ist bevorzugt die die Verdampferstecke trennende seitliche Kanalwand 30 in dem vorbestimmten Winkel α geneigt bzw. angestellt, um das flüssige Kältemittel in Richtung zu dem Wärmeeintrag zu beschleunigen, was bezüglich der Darstellung der 2 und 3 nach unten entspricht. Durch diese Gestaltung des Kältemittelkanals 14 wird somit flüssiges Kältemittel an die heiße untere Kanalwand 28 gedrückt und verdrängt so einen eventuell entstehenden Dampffilm zwischen der heißen, unteren Kanalwand 28 und noch flüssigem Kältemittel. Auf diese Weise kann nicht nur oberhalb der kritischen Wärmestromdichte gekühlt werden, sondern es ist auch eine gewollte, kontrollierte und beeinflussbare Leistungsanisotropie vorhanden. Es können also oben und unten unterschiedliche Wärmeströme gekühlt werden.The operation of the evaporator 10 is explained below. Refrigerant is supplied to the evaporator 10 from a throttle of the refrigeration circuit. In this case, the refrigerant in its liquid phase is conveyed into the supply line 12 by means of the inlet of the supply line 12 . The refrigerant then exits the supply line through the inlet opening 16 and is thus supplied to the refrigerant channel 14 . In this case, the refrigerant is supplied at a midpoint of the refrigerant channel 14, ie a point around which the refrigerant channel 14 is wound. The refrigerant flows through the refrigerant channel 14 and partially evaporates in the process. For example, the refrigerant in the refrigerant channel 14 is sucked in by a compressor, intermediate evaporator or a pump connected downstream of the evaporator 10 . Thus, the liquid refrigerant is passed through the spiral refrigerant passage 14 . The lateral channel walls 30 are designed geometrically in such a way that the coolant is pressed along the lateral channel wall 30 against the hot lower channel wall 28 of the evaporator 10 with the centrifugal force that occurs when it flows through. The evaporator distance increases as the vapor content increases, with the refrigerant having a constant volume, low pressure loss and an almost constant evaporation temperature. The speed of the refrigerant as it flows through increases along the length 20 of the refrigerant channel 14 . This leads to a vapor film formed during evaporation being permeated with liquid fluid gene. In this way it is possible to cool heat flows that are above the critical heat flow density. As explained above, the lateral channel wall 30 separating the evaporator section is preferably inclined at the predetermined angle α in order to accelerate the liquid refrigerant in the direction of the heat input, which, with regard to the representation of FIG 2 and 3 corresponds to below. This configuration of the refrigerant channel 14 thus presses liquid refrigerant against the hot, lower channel wall 28 and thus displaces any vapor film that may form between the hot, lower channel wall 28 and the refrigerant which is still liquid. In this way, it is not only possible to cool above the critical heat flux density, but there is also a desired, controlled and influenceable power anisotropy. So different heat flows can be cooled at the top and bottom.

Der erfindungsgemäße Verdampfer kann überall da eingesetzt werden, wo etablierte Kühlmethoden an ihre Grenzen stoßen und dies wird unter dem Narrativ der fortschreitenden Miniaturisierung, dem Moor'schen Gesetz und des 2. Hauptsatzes der Thermodynamik in Zukunft immer mehr der Fall sein. Wärme ist unabhängig vom Prozess die niederwertigste Energie, die bei jedem wirkungsgradbehafteten Prozess anfällt und immer abgeführt werden muss. Ein immer kleiner werdender Bauraum bei konstant bleibenden oder sogar steigender Leistung führt zu höheren Wärmestromdichten. Mit dem erfindungsgemäßen Verdampfer ist eine Kühlmöglichkeit geschaffen, um den Herausforderungen der Zukunft gerecht zu werden. So kann dieser beispielsweise zur Prozessorkühlung, Batteriekühlung oder Brennstoffzellenkühlung eingesetzt werden.The evaporator according to the invention can be used wherever established cooling methods reach their limits and this will increasingly be the case in the future given the narrative of progressive miniaturization, Moor's law and the 2nd law of thermodynamics. Irrespective of the process, heat is the lowest energy that occurs in every process that is subject to efficiency and always has to be dissipated. An ever smaller installation space with constant or even increasing performance leads to higher heat flux densities. With the evaporator according to the invention, a cooling option is created in order to meet the challenges of the future. For example, it can be used for processor cooling, battery cooling or fuel cell cooling.

BezugszeichenlisteReference List

1010: VerdampferEvaporator
1212: Zuleitungsupply line
1414: Kältemittelkanalrefrigerant channel
1616: Einlassöffnungintake port
1818: Auslassöffnungexhaust port
2020: Längelength
2222: Ebenelevel
2424: Mittelachsecentral axis
2626: obere Kanalwandupper canal wall
2828: untere Kanalwandlower canal wall
3030: seitliche Kanalwandlateral canal wall
3232: QuerschnittsflächeCross sectional area
αa: Winkelangle

Claims

Verdampfer (10) für einen Kühlkreislauf, umfassend mindestens einen Kältemittelkanal (14), wobei der Kältemittelkanal (14) eine Einlassöffnung (16) und eine Auslassöffnung (18) aufweist, wobei die Einlassöffnung (16) zum Einlassen von Kältemittel in den Kältemittelkanal (14) ausgebildet ist, wobei die Auslassöffnung (18) zum Auslassen von Kältemittel aus dem Kältemittelkanal (14) ausgebildet ist, wobei der Kältemittelkanal (14) um die Einlassöffnung (16) gewunden ausgebildet ist, wobei ein radialer Abstand des Kältemittelkanals (14) zu der Einlassöffnung (16) mit zunehmender Länge (20) des Kältemittelkanals (14) in Richtung zu der Auslassöffnung hin zunimmt.Evaporator (10) for a cooling circuit, comprising at least one refrigerant channel (14), the refrigerant channel (14) having an inlet opening (16) and an outlet opening (18), the inlet opening (16) for admitting refrigerant into the refrigerant channel (14 ) is formed, wherein the outlet opening (18) is formed for discharging refrigerant from the refrigerant channel (14), wherein the refrigerant channel (14) is formed wound around the inlet opening (16), wherein a radial distance of the refrigerant channel (14) to the Inlet opening (16) increases with increasing length (20) of the refrigerant channel (14) towards the outlet opening.

Verdampfer (10) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der Kältemittelkanal (14) innerhalb einer Ebene (22) um die Einlassöffnung (16) gewunden ist oder entlang einer Fläche, die von einer Ebene (22) abweicht, um die Einlassöffnung (16) gewunden ist.The evaporator (10) of the preceding claim, wherein the refrigerant passage (14) is coiled around the inlet port (16) within a plane (22) or coiled around the inlet port (16) along a surface deviating from a plane (22). is.

Verdampfer (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich eine Mittelachse der Einlassöffnung (16) in einen Winkel von 0° bis 90° zu einer Projektionsebene parallel zu einer Windung des Kältemittelkanals (14) erstreckt.Evaporator (10) according to one of the preceding claims, wherein a central axis of the inlet opening (16) extends at an angle of 0° to 90° to a projection plane parallel to a turn of the refrigerant channel (14).

Verdampfer (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kältemittelkanal (14) im Wesentlichen spiralförmig um die Einlassöffnung (16) angeordnet ist.Evaporator (10) according to one of the preceding claims, wherein the refrigerant channel (14) is arranged in a substantially spiral shape around the inlet opening (16).

Verdampfer (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kältemittelkanal (14) von einer oberen Kanalwand (26), einer unteren Kanalwand (28) und einer seitlichen Kanalwand (30) begrenzt ist.Evaporator (10) according to one of the preceding claims, wherein the refrigerant channel (14) is delimited by an upper channel wall (26), a lower channel wall (28) and a lateral channel wall (30).

Verdampfer (10) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Einlassöffnung (16) in der oberen Kanalwand (26) oder in der unteren Kanalwand (28) ausgebildet ist.Evaporator (10) according to the preceding claim, wherein the inlet opening (16) is formed in the upper channel wall (26) or in the lower channel wall (28).

Verdampfer (10) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Einlassöffnung (16) in der oberen Kanalwand (26) ausgebildet ist und die untere Kanalwand (28) zum Anbringen an einem zu kühlenden Bauteil ausgebildet ist, wobei die seitliche Kanalwand (30) zum Bewirken einer Beschleunigung auf das Kältemittel in Richtung zu der unteren Kanalwand (28) ausgebildet ist, oder wobei die Auslassöffnung (16) in der unteren Kanalwand (28) ausgebildet ist und die obere Kanalwand (26) zum Anbringen an einem zu kühlenden Bauteil ausgebildet ist, wobei die seitliche Kanalwand (30) zum Bewirken einer Beschleunigung auf das Kältemittel in Richtung zu der oberen Kanalwand (26) ausgebildet ist.The evaporator (10) of the preceding claim wherein the inlet port (16) is formed in the top duct wall (26) and the bottom duct wall (28) is adapted for attachment to a component to be cooled, the side duct wall (30) for effecting an acceleration of the refrigerant in the direction of the lower channel wall (28), or wherein the outlet opening (16) is formed in the lower channel wall (28) and the upper channel wall (26) is formed for attachment to a component to be cooled, the side channel wall (30) for causing acceleration to the refrigerant is formed towards the upper channel wall (26).

Verdampfer (10) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die seitliche Kanalwand (30) in einem vorbestimmten Winkel (α) zu der Einlassöffnung (16) hin angeordnet ist.Evaporator (10) according to the preceding claim, wherein the lateral channel wall (30) is arranged at a predetermined angle (α) towards the inlet opening (16).

Verdampfer (10) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der vorbestimmte Winkel (α) mit zunehmenden radialen Abstand von der Einlassöffnung (16) abnimmt.Evaporator (10) according to the preceding claim, wherein the predetermined angle (α) decreases with increasing radial distance from the inlet opening (16).

Verdampfer (10) nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, wobei der vorbestimmte Winkel (α) in einem Bereich von 0° bis 90°, insbesondere 5° bis 80° und bevorzugt 5° bis 65° und noch bevorzugter 5° bis 50° ist.Evaporator (10) according to one of the two preceding claims, wherein the predetermined angle (α) is in a range of 0° to 90°, in particular 5° to 80° and preferably 5° to 65° and even more preferably 5° to 50° .

Verdampfer (10) nach einem der drei vorhergehenden Ansprüche, wobei der Winkel (α) an einem Übergang der seitlichen Kanalwand (30) in die obere Kanalwand (26) oder in die untere Kanalwand (28), die der Einlassöffnung (16) gegenüberliegt, bestimmt ist.Evaporator (10) according to one of the three preceding claims, wherein the angle (α) at a transition of the lateral channel wall (30) into the upper channel wall (26) or into the lower channel wall (28) opposite the inlet opening (16), is determined.

Verdampfer (10) nach einem der vier vorhergehenden Ansprüche, wobei die seitliche Kanalwand (30) gerade, konkav gekrümmt, konvex gekrümmt, stufenförmig oder ungerade ausgebildet ist.Evaporator (10) according to one of the four preceding claims, wherein the lateral channel wall (30) is straight, concavely curved, convexly curved, stepped or odd.

Verdampfer (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Einlassöffnung (16) zum Verbinden mit einer Zuleitung (12) zum Zuführen von Kältemittel in den Kältemittelkanal (14) ausgebildet ist.Evaporator (10) according to one of the preceding claims, wherein the inlet opening (16) is designed for connection to a supply line (12) for supplying refrigerant into the refrigerant channel (14).

Verdampfer nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei sich die Zuleitung (12) in einem Winkel von 0° bis 90° zu einer Projektionsebene parallel zu einer Windung des Kältemittelkanals (14) erstreckt.Evaporator according to the preceding claim, wherein the supply line (12) extends at an angle of 0° to 90° to a plane of projection parallel to a turn of the refrigerant channel (14).

Verdampfer (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kältemittelkanal (14) mindestens zwei Windungen, bevorzugt mindestens vier Windungen und noch bevorzugter mindestens sechs Windungen um die Einlassöffnung (16) umfasst.Evaporator (10) according to one of the preceding claims, wherein the refrigerant channel (14) comprises at least two turns, preferably at least four turns and more preferably at least six turns around the inlet opening (16).

Verdampfer (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Querschnittsfläche (32) des Kältemittelkanals (14) mit zunehmenden radialen Abstand von der Einlassöffnung (16) zunimmt.Evaporator (10) according to one of the preceding claims, wherein a cross-sectional area (32) of the refrigerant channel (14) increases with increasing radial distance from the inlet opening (16).

Verdampfer (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine radiale Abmessung des Verdampfers (10) größer als eine axiale Abmessung ist.An evaporator (10) according to any one of the preceding claims, wherein a radial dimension of the evaporator (10) is greater than an axial dimension.

Verdampfer (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Verdampfer (10) mittels mindestens eines additiven Fertigungsverfahrens hergestellt ist.Evaporator (10) according to one of the preceding claims, wherein the evaporator (10) is produced by means of at least one additive manufacturing process.