WO2013098277A1 - Baukasten für wärmeübertrager, einen wärmeübertragerkern und einen wärmeübertrager - Google Patents
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Definitions
- Kit for heat exchangers a heat transfer core and a
- the invention relates to a construction kit for producing a disk-type heat exchanger, in particular for motor vehicles, having a plurality of
- Disk pairs and / or disk groups for the formation of flow paths a heat transfer core for the formation of heat exchangers and a related heat exchanger,
- Heat exchangers for motor vehicles are known in the art. Thus, heat exchangers are already used in a variety of configurations and uses in vehicles, such as evaporator, storage evaporator, oil cooler, condenser, intercooler or coolant radiator. All these heat exchangers have different configurations and designs, so that for each type often a different design is applied.
- DE 1020060281 17 A1 discloses an evaporator with cold storage, a so-called storage evaporator, in which an evaporator part is formed with double-row flat tubes, wherein adjacent to this evaporator part of the Heat exchanger, a memory part is provided, which is formed einreihig and can flow through an array of double tubes on the one hand, a refrigerant through an inner flat tube and on the other a cold storage medium in one
- this storage evaporator is a highly complex process, since a large number of tubes and a large number of parts have to be assembled and interconnected.
- the evaporator part typically represents a modification of a stationary refrigerator, so that this component too does not
- This storage evaporator is thus a separate solution that can not rely on mass-produced components.
- the EP 1817534 B1 also discloses a storage evaporator, wherein in a first embodiment, in turn, flat tubes are inserted into each other, which can be connected by means of connecting elements to different refrigerant or cold storage medium medium cycles. The production of such
- kits for the production of heat exchangers with at least two types of heat transfer cores for the production of more than two different heat exchangers, the kit advantageously a first type heat transfer core with a variety of Pairs of slices for creating a plurality of parallel flow paths between the pairs of slices, and further comprising a second type heat transfer core having a plurality of groups of three slices for producing a plurality of two parallel flow paths, each having a flow path between two of the three slices Ben is formed, wherein a first heat exchanger with a
- Heat transfer core of the first type can be generated, wherein a second
- Heat exchanger with two heat exchanger cores of the first type can be generated, wherein a third heat exchanger with a heat exchanger core of the first type and a heat transfer core of the second type can be generated, a fourth heat exchanger with two heat exchanger cores of the second type can be generated and a fifth heat exchanger with a heat transfer core of second type can be generated. It is inventively advantageous that the
- Heat exchanger cores are designed so that they are used alone, combined with another core of the same type and usable and can also be combined and used with a heat exchanger core of the other type. As a result, in the case of using a heat exchanger core of the first type as a simple narrow evaporator this can be used as space-saving. This can be beneficial in small vehicles with low required
- a heat transfer core of the first type can be used with a heat transfer core of the second type, in which case the refrigerant can flow in parallel or in series through flow paths of the first core and the second core, wherein the cold storage medium through further flow paths of the second
- Heat exchanger core can flow.
- two heat exchangers of the second type can be interconnected, so that, for example, an increased cooling capacity at the same time
- the second type of heat exchanger core can be used alone, for example as a double-row evaporator or as a single-row evaporator with cold storage. As a result, for example, a storage evaporator with lower cooling capacity can be realized.
- connection devices and / or connecting devices for introducing and / or discharging and / or overflow of fluid in or between or from the heat exchanger cores or between
- Flow channels of the heat exchanger cores are achieved with respect to the heat transfer core with the features of claim 3, according to which a heat exchanger core is provided in disk construction, in particular for use in a kit, to form a heat exchanger, with a plurality of pairs of disks to form first flow paths, each with two slices a pair of disks form the first flow path between them and between adjacent ones
- Disk construction in particular for use in a kit, is provided for forming a heat exchanger, with a plurality of disk groups to form third and fourth flow paths, wherein between each of a first and a second disc of a group of disks, the third flow path and between a second disc and a third disc of the disk group, the fourth flow path is formed and between adjacent disk groups each a space region for fifth flow paths is formed.
- at least individual disks have openings and / or cups as connecting and connecting areas and have channel-forming structures, such as embossings, for forming flow paths between connecting areas.
- the first disc and the second disc of the disc pair each have a respective one at two opposite end regions
- Connection region has as an inlet or outlet of the first flow path and in each case a channel-forming structure between the two connection areas for forming the first flow path.
- first disc and / or the second disc of the disc pair has two connection regions at one end region Inlet or outlet of the first flow path and in each case a channel-forming structure between the two connection areas for forming the first flow path.
- first disk ", the second and the third disc of the disc set on two opposite end regions in each case two connection regions having as an inlet or outlet of the third flow path or the fourth flow path, wherein the first and second disk respectively between an opposite terminal region a channel-forming structure between one of the two connection areas for forming the third and the fourth flow path, wherein the third disc between the first and the second disc as a partition wall between the third and the fourth
- disk pairs are formed from a paired arrangement of disks and with a partition between adjacent ones
- Washers which form pairs of flow channels, characterized in that the flow channels of a pair of discs are flowed through in countercurrent. Further advantageous embodiments are characterized by the following
- FIG. 1 shows an arrangement of two heat exchanger cores, one
- FIG. 2 shows an arrangement of two heat exchanger cores in assembly
- FIG. 3 shows an arrangement of two heat exchanger cores of a first type
- FIG. 4 shows an arrangement of two heat exchanger cores of a second type
- FIG. 5 shows a heat exchanger core of a first type
- FIG. 6 shows a heat exchanger core of a second type
- FIG. 7 shows two disks of a disk pair
- FIG. 8 shows three disks of a disk group
- FIG. 9 shows a number of disk pairs
- FIG. 10 shows a number of disks and a section of a disk
- FIG. 11b shows a pane in the cutout
- FIG. 11c shows a pair of disks of a disk group in the cutout
- FIG. 11d shows a pair of disks of a disk group in the cutout
- FIG. 12 shows an arrangement of disk pairs and disk groups in a view
- FIG. 13 shows an arrangement of disk pairs with disk groups in a view from the opposite side
- FIG. 14 shows an arrangement of disk pairs and disk groups in a section through the disk pairs and the disk groups
- Figure 1 5 shows a disc with an overflow between adjacent
- FIG. 16 shows the disk of FIG.
- FIG. 17 shows a view of a heat exchanger
- FIG. 18 is a view of disc pairs
- FIG. 19 is a view of discs
- FIG. 20 shows a section of discs
- FIG. 21 is a section of discs
- FIG. 22 shows a section of disk pairs
- FIG. 23 shows a section through disk pairs according to FIG. 22,
- FIG. 24 shows a section through disk pairs according to FIG. 22,
- FIG. 25 shows a section of disk pairs
- FIG. 26 shows a section through disk pairs according to FIG. 25,
- FIG. 27 shows a section through disk pairs according to FIG. 25,
- Figure 28 is a schematic view of a heat exchanger
- Figure 29 is a schematic view of a pair of discs.
- FIG. 1 shows the arrangement of two heat exchanger cores 1, 2, which can be connected to one another to form a heat exchanger.
- the heat transfer core 1 a plurality of pairs of disks 3, which are arranged adjacent to each other, wherein in free spaces between the respective adjacent pairs of disks corrugated fins 4 are arranged, for better heat transfer in the flow of air between the respective adjacent pairs of disks 3.
- Zu- and Outlet the disks 3 at their opposite ends connections or openings formed as such as cups 5.6, which also serve to connect the pairs of disks 3 with each other.
- the heat transfer core 2 is formed with a plurality of disc groups 7, in turn, adjacent disc groups leave 7 clearances 8 to Throughflow of air, wherein inclusion of corrugated fins for the improved heat exchange may be provided in the flow of air.
- Figure 1 thus shows an arrangement of two heat exchanger cores 1, 2, wherein the first heat exchanger core 1 is a first type of heat transfer core formed with a plurality of pairs of disks for generating a plurality of parallel flow paths between the pairs of disks.
- the first heat exchanger core 1 is a first type of heat transfer core formed with a plurality of pairs of disks for generating a plurality of parallel flow paths between the pairs of disks.
- a flow path is created for flowing the disk through a fluid, allowing entry and exit of the fluid into and from the disk through a port formed through a cup in the disk.
- the second heat transfer core 2 represents a heat transfer core of the second type formed with a plurality of groups of three disks for generating a plurality of two parallel flow paths, each forming a flow path between two of the three disks.
- the disk groups at its two opposite ends in each case two connection openings for inlet and outlet of a first and / or a second fluid, so that either two different fluids can flow through this heat transfer core 2 in each case different flow channels or in another application a fluid in different flow paths can flow in two columns through the heat exchanger core, wherein at one of the two heat exchanger core ends then a deflection of the fluid is provided by the one flow path in the other flow path.
- this deflection is not shown in FIG.
- FIGS. 15 and 16 show a disc 200 in which an overflow channel is provided as a deflection between the cups 201.
- the inlets and outlets in the second heat transfer core 2 through the circular or substantially circular openings 10,11, which is arranged at the upper or lower end portion of the respective disc group.
- the plurality of adjacent disk groups form over the wells formed as wells 10.1 1 as connection areas an inlet or outlet distribution channel, so that a fluid that flows through the opening 10,1 1 and the relevant bowl in the heat traps over the length of the heat exchanger core can be distributed before it can flow through the flow channels along the heat exchanger disk group before it is again collected at the opposite end in the region of the connection of the wells, before the fluid can be discharged from the heat transfer core.
- the opening 10 is adjacent to the opening 1 1 and of a smaller cross section, so that quite different flow rates for the different media can be realized. In another embodiment, however, it may also be expedient if the openings 10, 1 1 of the flow paths of the same order of magnitude.
- Figure 2 shows the arrangement of the two heat exchanger cores 1, 2 in an arrangement in which the heat exchanger cores are interconnected, thereby producing a heat exchanger having a first core having a plurality of parallel flow paths and a second core, which has a plurality of two adjacent flow paths.
- Such a heat exchanger according to FIG. 2 can be used, for example, as a storage evaporator, wherein a first flow path 12 between the opening 5 and the opening 6 is used as the refrigerant flow path and then a diversion takes place as an inlet to the opening 11, so that the refrigerant flows through the flow path between the two openings 1 1, 1 1a can flow as connections and then escape from the evaporator.
- the flow path 13 between the openings as ports 10, 10a can be used as a storage medium flow path, so that during normal operation of the evaporator, the storage medium is cooled in this flow path and in the event that the refrigerant circuit of the air conditioner For example, is in a start-stop situation, the air flowing through, which is indicated by the arrow 14 can be further cooled by heat exchange between the storage medium in the flow path 13, so that even during a temporary stoppage phase of the refrigerant circuit of the air conditioning in the start-stop Operation still some cooling power can be provided.
- a heat exchanger core of Figure 1, as it is designated by reference numeral 1, is also usable as a stand-alone heat exchanger, see Figure 5, wherein such a heat exchanger 20 can be used for example as a disk evaporator in an air conditioner with little available space.
- this heat exchanger 20 as an evaporator would only provide a reduced cooling capacity available, this may well be sufficient for small vehicles such as small electric vehicles.
- the heat exchanger 20 consists of a core 25 of a plurality of pairs of disks 26 which are spaced from each other, so that air can flow through the intermediate spaces 24, which is thereby cooled. The air flow direction is indicated by the arrow 27.
- the pairs of disks 26 have connections which are formed by cups, which serve to form the collecting space and which serve for mutual engagement with adjacent disk pairs.
- a fluid can flow into a connection region, see arrow 21, and the fluid can flow out from an opposite connection region, see arrow 22.
- the flow path 23 which is formed by the pair of discs and through which the fluid flows.
- FIG. 3 shows a heat exchanger 30, which consists of two Each of the two heat exchanger cores 31, 32 is composed of a plurality of pairs of disks 33,34 which are each spaced from one another in a row in the respective core, so that through the gaps 35,36 between the pairs of disks 33,34, for example, air can flow, which is thereby cooled.
- the air flow direction is indicated by the arrow 37.
- the pairs of disks 33 have connections 38, 39, which are formed by cups, which also serve to form the collecting spaces 40, 41 and which serve for mutual contact with adjacent pairs of disks.
- the pairs of disks 34 have connections 42,43, which are formed by wells, which also serve to form the collecting spaces 44,45 and which serve for mutual contact with adjacent disk pairs.
- a fluid can flow into the first core 31 into a connection region 38.
- the fluid flows through the flow channel 46 and can exit the first core 31 at 39. It is deflected to enter the second core at 43. Subsequently, the fluid flows through the second flow channel 47 and flows out of an opposite connection region 42 out of the second core 32 again.
- the deflection is not shown, it can be done through a pipe or the like.
- FIG. 6 shows a heat exchanger 50, which consists of only one heat exchanger core 51 of the second type.
- the heat transfer core 51 consists of a plurality of disk groups 52 which are each spaced from one another in a row, so that, for example, air can flow through the intermediate spaces 53 between the disk groups 52, which can be cooled thereby.
- the air flow direction is indicated by the arrow 54 characterized.
- the pairs of disks 52 form two parallel flow channels 55, 56, which are each formed by two of the three disks of the disk group 52.
- connections of the two flow channels or flow paths 55,56 are formed by the connections 57,58,59,60, which are designed as wells, which also serve to form the respective collecting chambers 61, 62,63,64 and the mutual investment Serve with adjacent pairs of discs or disc group.
- a fluid can flow into the first flow channel 55.
- the fluid then flows through the flow channel 55 and can exit at the cup 58 as an outlet from the first flow channel 55.
- the fluid is then deflected to enter the second flow channel 56 at the cup 59. Subsequently, the fluid flows through the second flow channel 56 from the cup 59 to the cup 60 and flows there at the inlet opposite outlet again from the second flow channel.
- the deflection is not shown, it can be done through a pipe or the like.
- FIG. 4 shows such a heat exchanger 70, which consists of only a first heat exchanger core 71 of the second type and a second heat exchanger core 72 of the second type.
- a heat exchanger 70 which consists of only a first heat exchanger core 71 of the second type and a second heat exchanger core 72 of the second type.
- FIG. 7 shows two disks 80 and 81 of a disk pair 82, which are of identical construction and are arranged laterally reversed relative to one another.
- the two discs each have a cup 83 and an opposite cup 84 formed on the opposite end portions of the disc.
- the cups point from the base 85 of the disc in a direction perpendicular thereto so as to project from the base 85 of the disc.
- the disc has a peripheral rim 86 projecting in the direction perpendicular to the plane of the disc 85, the rim 86 protrudes in the opposite direction than the cup 87 and 88 of the openings 83,84. If now two disks are brought into contact with each other, then they abut against one another at the peripheral edges 86 and can be soldered together sealingly there. This causes between the two discs, a flow channel 89 is formed, which serves to flow through the disc and which is in fluid communication with the openings 83, 84.
- FIG. 8 shows a group of disks with the disks 90, 91 and 92.
- the disk 90 has a base plane 93 and a circumferential edge 94 protruding therefrom, openings 95 and 96 being provided at each of the two opposite ends, which are provided with circumferential cups are formed, wherein the cups with respect to the ground plane 93 are perpendicular thereto and protrude in a different direction than the peripheral edge 94th
- the flow channel 97 is defined between the openings 95 and is in fluid communication therewith, wherein the flow channel is defined by the opening 96 and is not in communication therewith,
- the disc 91 is flat and has at the two opposite ends in each case openings 98.99, which are formed without cups, wherein the disc 91 is flat and has no embossed structures. If now the disc 90 is placed on the disc 91, the two discs touch each other in the region of the peripheral edge 94 and can thus be fluid-tight with each other be connected, that on the one hand, the openings 98 are aligned with the openings 95 and between the disc 90 and the disc 91 of the fluid channel 97 is defined, the openings 96 are aligned with the openings 99, but are not in communication with the fluid channel 97.
- the disc 92 also has at its opposite ends openings 100, 101, wherein in the base portion 102 of the disc, a fluid channel 103 is formed, which communicates with the openings 101, wherein a peripheral edge 104 is formed in a direction perpendicular to the plane of Base surface 102 protrudes, wherein the openings 100 are embossed in the peripheral edge, and thus are not in Fiuidimpl with the flow channel 103.
- the openings 100 and 101 are configured with wells projecting perpendicularly to the direction of the ground plane 102, these projecting rearwardly in FIG. 8 and thus projecting in the opposite direction of the peripheral edge 104.
- FIG. 9 shows an arrangement of a plurality of disk pairs according to FIG. 7, wherein the pairs of disks 110 are soldered to one another and subsequently connected to one another so that they touch one another in the region of the protruding cups 11 and thereby define a spacing between the disk pairs which is larger than the extent of the disc perpendicular to the base plane of the disc, so that between the two respective adjacent slices a space portion 112 remains fingergespart, for the passage of, for example, air.
- FIG. 10 shows a similar arrangement example of disk groups 113 according to FIG. 8, whereby these disk groups are in turn connected to one another and adjacent disk groups come into contact with each other via the protruding cups 114, 115. Hiss the disk groups is in turn a free space 116 rub to flow through, for example, air.
- FIG. 11c shows a section of a disk 82 according to FIG. 7, as well as FIG. 11b, wherein the disk 82 has a flat base region 85 opposite to which the peripheral edge 86 protrudes, at the same time the opening 83 has a cup 87 which is opposite the base surface This is also clearly visible in FIG. 11b, so that the cup 87 in FIG. 11b protrudes forward with respect to the base 85, with the peripheral edge 86 protruding to the rear in FIG. 11b.
- FIGS. 11 c and 11 d The same can be seen in FIGS. 11 c and 11 d for the disks 90 and 92, wherein the disk 91 can not be seen in this consideration of FIGS. 11 c and 11 d.
- the discs 92 and 90 each have at their opposite ends two openings 95 and 100 and 101 and 96, these openings being surrounded by cups projecting from the base portions 97 and 102 of the discs, respectively.
- the flow channel 103 or the flow channel 97 is in each case fluid-connected to another opening, so that the flow channel 97 is connected to the opening 95, while the flow channel 103 is connected to the opening 101. If these disks are now placed one on top of the other according to FIG.
- the small openings 95, 100 can be connected to one another, while the large openings 96 and 101 can be connected to one another.
- the fluid channels 97 and 103 are in communication with the respective openings fürströmbar ausgestaltet, wherein the two flow channels 97 and 103 are separated by the interposition of the disc 91, not shown, but from each other,
- FIG. 12 shows the arrangement of disk pairs and disk groups in adjacent arrangement, wherein the disk pairs of the disks 82 are arranged in the air flow direction before the arrangement of the disk groups of the disks 90, 91, 92.
- FIG. 13 shows this from the other side, so that it can be seen that first the flow channel 85 is surrounded by air before the flow channel 103 is flowed around.
- FIG. 14 again shows this in section, wherein it can be seen that the flow channel 85 is formed by two discs 82, wherein the flow channels 97 and 103 are formed by the discs 90, 91 and 92, the two flow channels 90 and 103 in FIG In a direction perpendicular to the direction of air, in sum, occupy only the space that is occupied by the air channel 85 of the two discs 82.
- FIG. 17 shows a heat exchanger 300 with a heat transfer core, wherein the heat transfer core 301 is formed by a plurality of parallel pairs of discs consisting of two discs which form two flow paths between each disc and the partition wall with the interposition of a partition wall.
- the heat exchanger 300 has a plurality of disk pairs 302, which are arranged adjacent to one another, wherein corrugated fins 303 are preferably arranged between the disk pairs.
- Each disk pair see also FIG. 18, has two inlet openings 304, 305, 306, 307 designed as wells at a first end area and at a second end area.
- a cup of an end region 304 or 305 forms an input-side cup, wherein the output-side cup associated with the flow path 308 in the other end region is arranged.
- an inlet-side and an outlet-side cup are provided as inlet or outlet of the heat exchanger on each side in each end region.
- FIG. 18 shows three pairs of disks, each shown at a distance, which consist of two disks and an intermediate wall, these pairs of disks being arranged to form a disk package 310.
- the disk 31 1 forms a flow channel 313 and the disc 312 a flow channel 314.
- These flow channels are formed by embossments between two wells, only two of the four shown cups are connected to the flow channel.
- the cup 315 and the cup 316 are connected to the flow channel 313, wherein the cups 317 and 318 are not connected to the flow channel 313.
- the cup 319 and the cup 320 are connected to the flow channel 314, with the cup 321 and the cup 322 not connected to the flow channel.
- FIG. 22 shows a disk package with three pairs of disks in a perspective representation, wherein only the uppermost region of the disk package 340 is shown.
- FIG. 23 shows a section according to section 1 of FIG. 22 and
- FIG. 24 shows a section according to section 2 of FIG. 22. It can be seen that in each case a pair of discs 350, 351 is provided with an intermediate layer 352, wherein between the discs 350 and 351 a flow kana! 353 is disposed on one side of the partition wall 352, while a second flow channel 354 is disposed on the other side of the partition wall. This pattern is repeated for each disk pair of the three disk pairs shown, so that two flow channels 354, 353 are arranged on both sides of the partition wall 352 between the disk pairs.
- FIG. 24 also shows the flow channels 353 and 354 each arranged on one side of the partition wall 352.
- FIG. 25 shows the disk package 340, wherein FIG. 26 shows a section according to section 3 of FIG. 25 and FIG. 27 shows a section according to section 4 of FIG. 25.
- the discs 350 and 351 are shown at intermediate would be the partition 352, wherein each of the flow channels 354 and 353 can be seen. It can be seen in section 3 that the flow channels do not extend over the full width of the disc, wherein the flow channels in the figure 27 extend substantially over the entire disc. This is due to the fact that the channel profile to the cup must be returned from the substantially full width to about half the width.
- the design of the pairs of disks makes it possible to form a heat exchanger consisting of a series of disk pairs, each of which forms both a first flow channel connected to an inlet header and an outlet header and a second flow channel likewise provided with an inlet header and an outlet header is.
- the cups which are connected in series with each other, the respective inlet collector and outlet collector.
- the respective disk pair consists of two opposing disks, wherein between the two disks, a partition wall or a partition plate is provided, which separates the flow channels of the respective disks from each other. When the flow channels are countercurrently flowed, the separating plate serves to separate the opposing fluid streams through the flow channels, the cups of the individual pairs of discs arranged in series with one another forming the fluid inlet collector or the fluid outlet collector.
- FIG. 28 shows the schematic arrangement of disk pairs 400, 401, which have an inlet-side cup 402 and an outflow-side cup 403.
- the fluid flow takes place from the inlet-side bowl 402 through the flow channel 401 to a passage 404, from where the fluid can flow into the second flow channel 400 in order to flow to the bowl 403.
- this is carried out in each case, the two flow channels 400 and 401 being operated in countercurrent to one another.
- FIG. 29 shows this in an enlarged view.
- the pair of discs 401, 400 is provided with ribs 405 on both sides for the flow around air.
- the invention relates to a heat exchanger with internal integrated heat transfer by means of two in a tube in the counter-current flow channels.
- the heat exchanger consists of a series of disk pairs, each half in each case a first connected to the inlet header or -napf
- the pair of discs is in turn made of two facing discs and an intermediate therebetween separating plate composed.
- the separating plate is used to separate the
- the interconnected cups of the arrayed pairs of discs form on the one hand the fluid inlet header for distributing the fluid to the individual first flow channels, and on the other hand the fluid outlet header for collecting the fluid from the individual second
- Fluid inlet disc 31 1 is a flow connection between the flow channel 313 and the fluid inlet cup coined, wherein the fluid disc 312 a
- connection embossings can be carried out alternately in the disk tool and thus both disks can be produced in one and the same tool with a replacement set. This reduces tool costs and increases the number of identical parts.
- the heat exchanger described above is flowed through so that a fluid, such as refrigerant or coolant, etc. on the first collector as
- the connecting element between the two opposing collectors on the underside of the block can be a separate connecting part or else in a side part with integrated deflection channel or the like. be executed.
- the fluid is distributed simultaneously via the inlet header to all first disc channel halves 31 1 arranged in parallel and, according to the deflection, distributed further to all second disc channel halves 312 by means of a connecting element.
- Disc channel halves 312 the fluid is forwarded to the next block and there again the same distribution process is continued as in the first block.
- the flow channel eübertrager in particular the disc evaporator, can alternatively be carried out in single-tank design, ie with only one tank on one side of the Würmeübertragers
- the interconnection of the individual modules can be varied depending on the arrangement and / or embodiment.
- the temperature of the flowing refrigerant through the evaporator sets much faster at a lower average temperature level and the overheating zone can be reduced to a minimum in the evaporator. This results in a high driving average temperature gradient and an associated increase in performance.
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Baukasten zur Herstellung von Wärmeübertragern mit zumindest zwei Typen von Wärmeübertragerkernen (1, 2) zur Herstellung von mehr als zwei unterschiedlichen Wärmeübertragern, der Baukasten besteht umfasst: • - einen ersten Typ Wärmeübertragerkern (1) mit einer Vielzahl von-Paaren (3) von Scheiben zur Erzeugung von einer Vielzahl paralleler Strömungspfaden zwischen den Scheibenpaaren (3) und • - einen zweiten Typ Wärmeübertragerkern (2) mit einer Vielzahl von Gruppen (7) von drei Scheiben zur Erzeugung von einer Vielzahl von zwei parallelen Strömungspfaden, jeweils einen Strömungspfad zwischen zwei der drei Scheiben.
Description
Baukasten für Wärmeübertrager, einen Wärmeübertragerkern und einen
Wärme Übertrager
Beschreibung
Technisches Gebiet Die Erfindung betrifft einen Baukasten zur Herstellung eines Wärmeübertragers in Scheibenbauweise, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einer Vielzahl von
Scheibenpaaren und/oder Scheibengruppen zur Bildung von Strömungspfaden, einen Wärmeübertragerkern zur Bildung von Wärmeübertragern und einen diesbezüglichen Wärmeübertrager,
Stand der Technik
Wärmeübertrager für Kraftfahrzeuge sind im Stand der Technik bekannt. So werden Wärmeübertrager in einer Vielzahl von Konfigurationen und Verwendungszwecken in Fahrzeugen bereits eingesetzt, beispielsweise als Verdampfer, Speicher- Verdampfer, Ölkühler, Kondensator, Ladeluftkühler oder Kühlmittelkühler All diese Wärmeübertrager weisen unterschiedliche Konfigurationen und Bauformen auf, so dass für jeden Typ oft auch ein unterschiedliches Design angewendet wird.
Die DE 1020060281 17 A1 offenbart einen Verdampfer mit Kältespeicher, einen sogenannten Speicherverdampfer, bei welchem ein Verdampferteil mit zweireihigen Flachrohren ausgebildet ist, wobei benachbart dieses Verdampferteils des
Wärmeübertragers ein Speicherteil vorgesehen ist, das einreihig ausgebildet ist und durch eine Anordnung von Doppelrohren zum einen ein Kältemittel durch ein inneres Flachrohr strömen kann und zum anderen ein Kältespeichermedium in einem
Zwischenraum zwischen dem inneren Flachrohr und dem äußeren Flachrohr angeordnet bzw. diesen Raumbereich durchströmen kann. Die Herstellung dieses Speicherverdampfers stellt einen hoch komplexen Prozess dar, da eine Vielzahl von Rohren und eine Vielzahl von Teilen konfektioniert und miteinander verbunden werden müssen. Der Verdampferteil stellt typischerweise eine Abwandlung eines Sta nd a rd kä Ite m ittel verd am pf e rs dar, so dass auch dieses Bauteil nicht
standardmäßig verwendbar ist, sondern zumindest im Hinblick auf manche Bauteile einer Abänderung bedarf. Dieser Speicherverdampfer stellt somit eine gesonderte Lösung dar, die nicht auf Großserienbauteile zurückgreifen kann.
Die EP 1817534 B1 offenbart ebenfalls einen Speicherverdampfer, wobei bei einem ersten Ausführungsbeispiel wiederum Flachrohre ineinander gesteckt werden, die mittels Anschlusselementen an unterschiedliche Kältemittel bzw. Kältespeichermittel- Medienkreisläufe anschließbar sind. Die Herstellung eines solchen
Speicherverdampfers zeigt wiederum einen hohen Teileaufwand, der zu erheblichen Mehrkosten führt.
Auch die Ausgestaltung eines Speicherverdampfers in Scheibenbauweise gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der EP 1817534 B1 zeigt, dass wiederum eine singulare Lösung erarbeitet wurde, die für andere Anwendungszwecke nur wenig geeignet ist.
Die Wärmeübertrager im Stand der Technik sind somit sehr speziell auf die
Bedürfnisse des jeweiligen Mediums im Kreislauf angepasst, so dass eine breite Anwendung auch für verschiedene Anwendungszwecke eher ausgeschlossen ist.
Darstellung der Erfindung, Aufgabe, Lösung, Vorteile
Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen Baukasten zur Herstellung eines Wärmeübertragers in Scheibenbauweise, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einer Vielzahl von Scheibenpaaren und/oder Scheibengruppen zur Bildung von
Strömungspfaden zu schaffen, welcher eine erleichterte Herstellung verschiedener Wärmeübertrager auch für verschiedene Anwendungsfälle erlaubt. Darüber hinaus ist es die Aufgabe der Erfindung Wärmeübertragerkerne zu schaffen, welche zur Bildung von Wärmeübertragern verwendet werden und es ist die Aufgabe der Erfindung einen solchen Wärmeübertrager zu schaffen. Dies wird für den Baukasten erreicht mit den Merkmalen von Anspruch 1 , wonach ein Baukasten geschaffen wird zur Herstellung von Wärmeübertragern mit zumindest zwei Typen von Wärmeübertragerkernen zur Herstellung von mehr als zwei unterschiedlichen Wärmeübertragern, wobei der Baukasten dabei vorteilhaft einen ersten Typ Wärmeübertragerkern mit einer Vielzahl von Paaren von Scheiben zur Erzeugung von einer Vielzahl paralleler Strömungspfade zwischen den Paaren von Scheiben umfasst und weiterhin einen zweiten Typ Wärmeübertragerkern mit einer Vielzahl von Gruppen von drei Scheiben zur Erzeugung von einer Vielzahl von zwei parallelen Sfrömungspfade umfasst, wobei jeweils ein Strömungspfad zwischen zwei der drei Sche ben gebildet ist, wobei ein erster Wärmeübertrager mit einem
Wärmeübertragerkern des ersten Typs erzeugbar ist, wobei ein zweiter
Wärmeübertrager mit zwei Wärmeübertragerkernen des ersten Typs erzeugbar ist, wobei ein dritter Wärmeübertrager mit einem Wärmeübertragerkern des ersten Typs und mit einem Wärmeübertragerkern des zweiten Typs erzeugbar ist, wobei ein vierter Wärmeübertrager mit zwei Wärmeübertragerkernen des zweiten Typs erzeugbar ist und ein fünfter Wärmeübertrager mit einem Wärmeübertragerkern des zweiten Typs erzeugbar ist. Es ist erfindungsgemäß vorteilhaft, dass die
Wärmeübertragerkerne derart gestaltet sind, dass sie alleine verwendbar sind, mit einem anderen Kern des gleichen Typs kombinierbar und verwendbar sind und auch mit einem Wärmeübertragerkern des anderen Typs kombinierbar und verwendbar sind.
Dadurch kann im Falle der Verwendung eines Wärmeübertragerkerns des ersten Typs als einfacher schmaler Verdampfer dieser so bauraumsparend eingesetzt werden. Dies kann vorteilhaft in Kleinen Fahrzeugen mit geringen benötigten
Kälteleistungen erfolgen.
Bei höheren benötigten Kälteleistungen können im Falle der Verwendung zweier Wärmeübertragerkerne des ersten Typs diese in Reihenschaltung oder in
Parallelschaltung zueinander angeordnet und verwendet werden, so dass eine erhöhte Kälteleistung bei doppeltem Platzbedarf realisiert werden kann.
Bei einer Verwendung des Wärmeübertragers als Speicherverdampfer kann ein Wärmeübertragerkern des ersten Typs mit einem Wärmeübertragerkern des zweiten Typs verwendbar sein, wobei in diesem Falle das Kältemittel durch Strömungspfade des ersten Kerns und des zweiten Kerns parallel oder seriell strömen kann, wobei das Kältespeichermedium durch weitere Strömungspfade des zweiten
Wärmeübertragerkerns strömen kann.
Auch könne zwei Wärmeübertrager des zweiten Typs miteinander verschaltet werden, so dass beispielsweise eine erhöhte Kälteleistung bei gleichzeitiger
Kältespeicherwirkung realisiert werden kann.
Weiterhin kann der zweite Typ des Wärmeübertragerkerns alleine verwendet werden, beispielsweise als zweireihiger Verdampfer oder als einreihiger Verdampfer mit Kältespeicher. Dadurch ist beispielsweise ein Speicherverdampfer mit geringerer Kälteleistung realisierbar.
Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Wirmeübertragerkerne des ersten und/oder zweiten Typs mit Anschlussvorrichtungen und/oder Verbindungsvorrichtungen versehen sind zum Einleiten und/oder Ausleiten und/oder Oberleiten von Fluid in oder zwischen oder aus den Wärmeübertragerkernen bzw. zwischen
Strömungskanälen der Wärmeübertragerkerne.
Die Aufgabe wird hinsichtlich des Wärmeübertragerkerns erreicht mit den Merkmalen von Anspruch 3, wonach ein Wärmeübertragerkern in Scheibenbauweise, insbesondere zur Verwendung in einem Baukasten, geschaffen wird, zur Bildung eines Wärmeübertragers, mit einer Vielzahl von Scheibenpaaren zur Bildung von ersten Strömungspfaden, wobei jeweils zwei Scheiben eines Scheibenpaares den ersten Strömungspfad zwischen sich bilden und zwischen benachbarten
Scheibengruppen jeweils ein Raumbereich für zweite Strömungspfade gebildet ist. Die Aufgabe wird hinsichtlich des Wärmeübertragerkerns auch erreicht mit den Merkmalen von Anspruch 4» wonach ein Wärmeübertragerkern in
Scheibenbauweise, insbesondere zur Verwendung in einem Baukasten, geschaffen wird zur Bildung eines Wärmeübertragers, mit einer Vielzahl von Scheibengruppen zur Bildung von dritten und vierten Strömungspfaden, wobei zwischen jeweils einer ersten und einer zweiten Scheibe einer Scheibengruppe der dritte Strömungspfad und zwischen einer zweiten Scheibe und einer dritten Scheibe der Scheibengruppe der vierte Strömungspfad gebildet ist und zwischen benachbarten Scheibengruppen jeweils ein Raumbereich für fünfte Strömungspfade gebildet ist. Dabei ist es zweckmäßig, wenn zumindest einzelne Scheiben als Anschluss- und Verbindungsbereiche Öffnungen und/oder Näpfe aufweisen und zur Ausbildung von Strömungspfaden zwischen Anschlussbereichen kanalbildende Strukturen, wie Prägungen, aufweisen. Auch ist es zweckmäßig, wenn die erste Scheibe und die zweite Scheibe des Scheibenpaares an zwei gegenüberliegenden Endbereichen jeweils einen
Anschlussbereich aufweist als Einlass oder Auslass des ersten Strömungspfads und jeweils eine kanalbildende Struktur zwischen den beiden Anschlussbereichen zur Ausbildung des ersten Strömungspfads.
Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn die erste Scheibe und/oder die zweite Scheibe des Scheibenpaares an einem Endbereichen zwei Anschlussbereiche aufweist als
Einlass oder Auslass des ersten Strömungspfads und jeweils eine kanalbildende Struktur zwischen den beiden Anschlussbereichen zur Ausbildung des ersten Strömungspfads. Auch ist es zweckmäßig, wenn die erste Scheibe» die zweite und die dritte Scheibe der Scheibengruppe an zwei gegenüberliegenden Endbereichen jeweils zwei Anschlussbereiche aufweist als Einlass oder Auslass des dritten Strömungspfads oder des vierten Strömungspfads, wobei die erste und die zweite Scheibe jeweils zwischen einem gegenüberliegenden Anschlussbereich eine kanalbildende Struktur zwischen einem der beiden Anschlussbereiche zur Ausbildung des dritten und des vierten Strömungspfads aufweist, wobei die dritte Scheibe zwischen der ersten und der zweiten Scheibe als Trennwand zwischen dem dritten und dem vierten
Strömungspfad vorgesehen ist. Wärmeübertrager mit zumindest zwei Wärmeübertragerkernen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand der Scheibenpaare oder der Scheibengruppen eines Wärmeübertragerkerns zur Bildung der zweiten und/oder fünften Strömungspfade» derart gewählt ist» dass er bei benachbarten Wärmeübertragerkernen eines Wärmeübertragers gleich ist oder unterschiedlich, wie kleiner oder größer ist als bei dem benachbarten
Wärmeübertragerkern.
Auch ist es zweckmäßig, wenn die Tiefe der Strömungskanäle senkrecht zur Ebene, die durch die Scheibenpaare oder Scheibengruppen ausgespannt wird, für jeden Strömungskanal individuell wählbar ist.
Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn Scheibenpaare gebildet sind aus paarweiser Anordnung von Scheiben und mit einer Trennwand zwischen benachbarten
Scheiben, welche Paare von Strömungskanäle bilden, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungskanäle eines Scheibenpaares im Gegenstrom durchströmt werden.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind durch die nachfolgende
Figurenbeschreibung und durch die Unteransprüche beschrieben.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Nachstehend wird die Erfindung auf der Grundlage zumindest eines
Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: Figur 1 zeigt eine Anordnung zweier Wärmetauscherkerne, ein
Wärmetauscherkern eines ersten Typs und einen Wärmetauscherkern eines zweiten Typs,
Figur 2 zeigt eine Anordnung zweier Wärmetauscherkerne in Zusammenbau,
Figur 3 zeigt eine Anordnung zweier Wärmetauscherkerne eines ersten Typs,
Figur 4 zeigt eine Anordnung zweier Wärmetauscherkerne eines zweiten Typs, Figur 5 zeigt einen Wärmetauscherkern eines ersten Typs,
Figur 6 zeigt einen Wärmetauscherkern eines zweiten Typs,
Figur 7 zeigt zwei Scheiben eines Scheibenpaares,
Figur 8 zeigt drei Scheiben einer Scheibengruppe,
Figur 9 zeigt eine Anzahl von Scheibenpaaren, Figur 10 zeigt eine Anzahl von Scheiben und einen Ausschnitt einer Scheibe,
Figur 11b zeigt eine Scheibe im Ausschnitt,
Figur 1 1c zeigt ein Paar von Scheiben einer Scheibengruppe im Ausschnitt, Figur 1 1d zeigt ein Paar Scheiben einer Scheibengruppe im Ausschnitt,
Figur 12 zeigt eine Anordnung von Scheibenpaaren und Scheibengruppen in einer Ansicht, Figur 13 zeigt eine Anordnung von Scheibenpaaren mit Scheibengruppen in einer Ansicht von der entgegengesetzten Seite,
Figur 14 zeigt eine Anordnung von Scheibenpaaren und Scheibengruppen in einem Schnitt durch die Scheibenpaare und die Scheibengruppen,
Figur 1 5 zeigt eine Scheibe mit einem Überströmkanal zwischen benachbarten
Durchzügen,
Figur 16 zeigt die Scheibe der Fig. 1 5 von der Rückseite,
Figur 17 eine Ansicht eines Wärmeübertragers,
Figur 18 eine Ansicht von Scheibenpaaren, Figur 19 eine Ansicht von Scheiben,
Figur 20 ein Abschnitt von Scheiben,
Figur 21 ein Abschnitt von Scheiben,
Figur 22 ein Abschnitt von Scheibenpaaren,
Figur 23 ein Schnitt durch Scheibenpaare gemäß Figur 22,
Figur 24 ein Schnitt durch Scheibenpaare gemäß Figur 22,
Figur 25 ein Abschnitt von Scheibenpaaren,
Figur 26 ein Schnitt durch Scheibenpaare gemäß Figur 25,
Figur 27 ein Schnitt durch Scheibenpaare gemäß Figur 25,
Figur 28 eine schematische Ansicht eines Wärmeübertragers, und
Figur 29 eine schematische Ansicht eines Scheibenpaares.
Bevorzugte Ausführung der Erfindung
Die Figur 1 zeigt die Anordnung zweier Wärmeübertragerkerne 1 ,2, die zu einem Wärmeübertrager miteinander verbindbar sind. Dabei weist der Wärmeübertragerkern 1 eine Vielzahl von Scheibenpaaren 3 auf, die benachbart zueinander angeordnet sind, wobei in Freiräumen zwischen den jeweiligen benachbarten Scheibenpaaren Wellrippen 4 angeordnet sind, zum besseren Wärmeübergang bei der Durchströmung von Luft zwischen den jeweiligen benachbarten Scheibenpaaren 3. Als Zu- und Abführung weisen die Scheiben 3 an ihren gegenüberliegenden Enden Anschlüsse bzw. als solche ausgebildete Öffnungen als Näpfe 5,6 auf, welche auch zur Verbindung der Scheibenpaare 3 untereinander dienen.
Der Wärmeübertragerkern 2 ist mit einer Vielzahl von Scheibengruppen 7 gebildet, wobei wiederum benachbarte Scheibengruppen 7 Freiräume 8 belassen zur
Durchströmung von Luft, wobei Aufnahme von Wellrippen für den verbesserten Wärmetausch bei der Durchströmung von Luft vorgesehen sein kann.
Die Figur 1 zeigt somit eine Anordnung zweier Wärmeübertragerkerne 1 ,2, wobei der erste Wärmeübertragerkern 1 ein Wärmeübertragerkern von einem ersten Typ ist, der mit einer Vielzahl von Paaren von Scheiben zur Erzeugung von einer Vielzahl paralleler Strömungspfade zwischen den Paaren von Scheiben gebildet ist. Innerhalb der Scheibenpaare wird ein Strömungspfad erzeugt, zur Durchströmung der Scheibe durch ein Fluid, wobei ein Eintritt und ein Austritt des Fluids in die Scheibe bzw. aus der Scheibe durch eine Anschlussöffnung erlaubt wird, die durch einen Napf in der Scheibe ausgebildet ist.
Der zweite Wärmeübertragerkern 2 stellt einen Wärmeübertragerkern des zweiten Typs dar, der gebildet ist mit einer Vielzahl von Gruppen von drei Scheiben zur Erzeugung von einer Vielzahl von zwei parallelen Strömungspfaden, wobei jeweils ein Strömungspfad zwischen zwei der drei Scheiben ausgebildet wird. Dazu weist die Scheibengruppen an ihren beiden gegenüberliegenden Enden jeweils zwei Anschlussöffnungen auf zum Ein- bzw. Auslass eines ersten und/oder eines zweiten Fluids, so dass durch diesen Wärmeübertragerkern 2 entweder zwei unterschiedliche Fluide in jeweils unterschiedlichen Strömungskanälen fließen können oder auch in einer anderen Anwendung ein Fluid in unterschiedlichen Strömungspfaden zweiflutig durch den Wärmeübertragerkern strömen kann, wobei an einem der beiden Wärmeübertragerkernenden dann eine Umlenkung des Fluids von dem einen Strömungspfad in den anderen Strömungspfad vorgesehen ist. Diese Umlenkung ist jedoch in der Figur 1 nicht dargestellt. Diesbezüglich sei auf die Figuren 15 und 16 verwiesen, welche eine Scheibe 200 zeigen, bei welcher zwischen den Näpfen 201 ein Überströmkanal als Umlenkung vorgeshen ist. Zu erkennen sind die Ein- bzw. Auslässe im zweiten Wärmeübertragerkern 2 durch die kreisförmigen oder im Wesentlichen kreisförmigen Öffnungen 10,1 1 , die am oberen bzw. unteren Endbereich der jeweiligen Scheibengruppe angeordnet ist. Die Vielzahl der benachbarten Scheibengruppen bilden über die als Näpfe ausgebildeten Öffnungen
10,1 1 als Anschlussbereiche einen Einlass- bzw. Auslassverteilkanal, so dass ein Fluid, dass durch die Öffnung 10,1 1 und den diesbezüglichen Napf in den Wä rm e übe rtra gerke rn einströmt über die Länge des Wärmeübertragerkerns verteilt werden kann, bevor es durch die Strömungskanäle entlang der Wärmeübertragerscheibengruppe strömen kann, bevor es am gegenüberliegenden Ende im Bereich der Verbindung der Näpfe wiederum gesammelt wird, bevor das Fluid aus dem Wärmeübertragerkern abgeleitet werden kann. Dies gilt sowohl für den Strömungskanal zwischen der ersten und der zweiten Scheibe als auch zwischen der zweiten und der dritten Scheibe. Wie zu erkennen ist, ist die Öffnung 10 benachbart der Öffnung 1 1 und von einem kleineren Querschnitt, so dass durchaus unterschiedliche Durchflussraten für die verschiedenen Medien realisiert sein können. In einem anderen Ausführungsbeispiel kann es jedoch auch zweckmäßig sein, wenn die Öffnungen 10, 1 1 der Strömungspfade von gleicher Größenordnung sind.
Die Figur 2 zeigt die Anordnung der beiden Wärmeübertragerkerne 1 ,2 in einer Anordnung, bei der die Wärmeübertragerkerne miteinander verbunden sind, wobei dadurch ein Wärmeübertrager erzeugt wird, der einen ersten Kern aufweist, der eine Vielzahl paralleler Strömungspfade aufweist, und einen zweiten Kern aufweist, der eine Vielzahl von zwei benachbarten Strömungspfaden aufweist.
Ein solcher Wärmeübertrager gemäß Figur 2 kann beispielsweise als Speicherverdampfer verwendet werden, wobei ein erster Strömungspfad 12 zwischen der Öffnung 5 und der Öffnung 6 als Kältemittelströmungspfad verwendet wird und anschließend eine Umlenkung stattfindet zur Öffnung 1 1 als Einlass, so dass das Kältemittel durch den Strömungspfad zwischen den beiden Öffnungen 1 1 ,1 1a als Anschlüsse strömen kann und anschließend aus dem Verdampfer austreten kann. Der Strömungspfad 13 zwischen den Öffnungen als Anschlüssen 10, 10a kann als Speichermediumströmungspfad verwendet werden, so dass im Normalbetrieb des Verdampfers das Speichermedium in diesem Strömungspfad abgekühlt wird und für den Fall, dass der Kältemittelkreislauf der Klimaanlage
beispielsweise in einer Start-Stopp-Situation steht, kann die durchströmende Luft, die durch den Pfeil 14 gekennzeichnet ist, durch Wärmeaustausch zwischen dem Speichermedium im Strömungspfad 13 weiterhin abgekühlt werden, so dass auch während einer zeitweiligen Stillstandphase des Kältemittelkreislaufs der Klimaanlage im Start-Stopp-Betrieb noch eine gewisse Kühlleistung zur Verfügung gestellt werden kann.
Vorteilhaft ist es, wenn ein Wärmeübertragerkern der Figur 1 , wie er mit Bezugszeichen 1 gekennzeichnet ist, auch als alleinstehender Wärmeübertrager verwendbar ist, siehe Figur 5, wobei ein solcher Wärmeübertrager 20 beispielsweise als Scheibenverdampfer in einer Klimaanlage mit geringem verfügbaren Bauraum eingesetzt werden kann. Dieser Wärmeübertrager 20 als Verdampfer würde zwar nur eine reduzierte Kälteleistung zur Verfügung stellen können, dies mag bei kleinen Fahrzeugen wie beispielsweise bei kleinen Elektrof ahrzeugen aber durchaus ausreichend sein. Der Wärmeübertrager 20 besteht aus einem Kern 25 aus einer Vielzahl von Scheibenpaaren 26, die beabstandet voneinander angeordnet sind, so dass durch die Zwischenräume 24 Luft strömen kann, die dadurch abkühlbar ist. Die Luftströmungsrichtung ist durch den Pfeil 27 gekennzeichnet. Die Scheibenpaare 26 weisen Anschlüsse auf, die durch Näpfe gebildet sind, die zur Ausbildung des Sammelraums dienen und die zur gegenseitigen Anlage mit benachbarten Scheibenpaaren dienen. In einen Anschlussbereich kann ein Fluid einströmen, siehe Pfeil 21 , und aus einem gegenüberliegenden Anschlussbereich kann das Fluid wieder ausströmen, siehe Pfeil 22. Zwischen den beiden Anschlussbereichen liegt der Strömungspfad 23, der durch das Scheibenpaar gebildet wird und welcher von dem Fluid durchströmt wird.
Weiterhin können auch zwei solche Wärmeübertragerkerne gemäß Bezugszeichen 1 der Figur 1 in Parallelschaltung oder in Reihenschaltung einsetzbar sein, so dass beispielsweise eine zweireihige Verdampferbaueinheit durch zwei Wärmeübertragerkerne des ersten Typs gebildet werden kann. Dies ist in Figur 3 dargestellt. Die Figur 3 zeigt einen Wärmeübertrager 30, der aus zwei
Wärmeübertragerkernen 31 ,32 des ersten Typs zusammengesetzt ist, Jeder der beiden Wärmeübertragerkerne 31 ,32 besteht aus einer Vielzahl von Scheibenpaaren 33,34 die jeweils beabstandet voneinander in einer Reihe im jeweiligen Kern angeordnet sind, so dass durch die Zwischenräume 35,36 zwischen den Scheibenpaaren 33,34 beispielsweise Luft strömen kann, die dadurch abkühlbar ist. Die Luftströmungsrichtung ist durch den Pfeil 37 gekennzeichnet. Die Scheibenpaare 33 weisen Anschlüsse 38,39 auf, die durch Näpfe gebildet sind, die auch zur Ausbildung der Sammelräume 40,41 dienen und die zur gegenseitigen Anlage mit benachbarten Scheibenpaaren dienen. Die Scheibenpaare 34 weisen Anschlüsse 42,43 auf, die durch Näpfe gebildet sind, die auch zur Ausbildung der Sammelräume 44,45 dienen und die zur gegenseitigen Anlage mit benachbarten Scheibenpaaren dienen. In einen Anschlussbereich 38 kann beispielsweise ein Fluid in den ersten Kern 31 einströmen. Das Fluid durchströmt den Strömungskanal 46 und kann bei 39 aus dem ersten Kern 31 austreten, Es wird umgelenkt um in den zweiten Kern bei 43 einzutreten. Anschließend durchströmt das Fluid den zweiten Strömungskanal 47 und strömt aus einem gegenüberliegenden Anschlussbereich 42 wieder aus dem zweiten Kern 32 aus. Die Umlenkung ist nicht gezeigt, sie kann durch ein Rohr oder ähnliches erfolgen. Alternativ kann auch nur ein Wirmeübertragerkern gemäß Bezugszeichen 2 der Figur 1 einsetzbar sein, stehe hierzu Figur 6, wobei in diesem Falle eine zweiflutige Durchströmung ermöglicht wird, da bereits jede Scheibenbaugruppe zwei Strömungspfade ausbildet, die in unterschiedlicher Durchströmungsrichtung durchströmt werden können, so dass dies eine Alternative darstellt zu einem beispielsweise Verdampfer, der bei geringem zur Verfügung stehenden Bauraum eingesetzt werden kann. Die Figur 6 zeigt einen Wärmeübertrager 50, der aus nur einem Wärmeübertragerkern 51 des zweiten Typs besteht. Der Wärmeübertragerkern 51 besteht aus einer Vielzahl von Scheibengruppen 52 die jeweils beabstandet voneinander in einer Reihe angeordnet sind, so dass durch die Zwischenräume 53 zwischen den Scheibengruppen 52 beispielsweise Luft strömen kann, die dadurch abkühlbar ist. Die Luftströmungsrichtung ist durch den Pfeil 54
gekennzeichnet. Die Scheibenpaare 52 bilden zwei parallele Strömungskanäle 55,56 aus, die durch jeweils zwei der drei Scheiben der Scheibengruppe 52 gebildet sind.
Die Anschlüsse der beiden Strömungskanäle bzw. Strömungspfade 55,56 werden durch die Anschlüsse 57,58,59,60 gebildet, die als Näpfe ausgebildet sind, die auch zur Ausbildung der jeweiligen Sammelräume 61 ,62,63,64 dienen und die zur gegenseitigen Anlage mit benachbarten Scheibenpaaren bzw. Scheibengruppe dienen. In einen Anschlussbereich 57 kann beispielsweise ein Fluid in den ersten Strömungskanal 55 einströmen. Das Fluid durchströmt dann den Strömungskanal 55 und kann bei dem Napf 58 als Auslass aus dem ersten Strömungskanal 55 austreten. Das Fluid wird dann umgelenkt um in den zweiten Strömungskanal 56 bei dem Napf 59 einzutreten. Anschließend durchströmt das Fluid den zweiten Strömungskanal 56 von dem Napf 59 zum Napf 60 und strömt dort an dem Einlass gegenüberliegenden Auslass wieder aus dem zweiten Strömungskanal aus. Die Umlenkung ist nicht gezeigt, sie kann durch ein Rohr oder ähnliches erfolgen.
Weiterhin wäre es möglich, zwei Wärmeübertragerkerne gemäß Bezugszeichen 2 der Figur 1 , also zwei Wärmeübertragerkerne des zweiten Typs, miteinander zu verbinden zu einem Wärmeübertrager, der vier Strömungspfade, also zwei Strömungspfade pro Wärmeübertragerkern vorsieht, um auch eine beispielsweise vierflutige Durchströmung bei gegebenem Bauraum zu ermöglichen. Die Figur 4 zeigt einen solchen Wärmeübertrager 70, der aus nur einem ersten Wärmeübertragerkern 71 des zweiten Typs und einem zweiten Wärmeübertragerkern 72 des zweiten Typs besteht. Um Wiederholungen zu vermeiden wird die Wirkungsweise der beiden Wärmeübertragerkerne 71 ,72 gemäß des Wärmeübertagerkerns der Figur 6 erläutert. Dabei wird beispielsweise ein Fluid von einem ersten Kern 71 durchströmt und danach zu einem zweiten Kern 72 umgelenkt und anschließend von diesen zweiten Kern 72 durchströmt, bevor das Fluid wieder aus diesem Kern 72 austritt.
Die Figur 7 zeigt zwei Scheiben 80 und 81 eines Scheibenpaares 82, welche identisch ausgebildet und seitenverkehrt zueinander angeordnet sind. Die beiden Scheiben weisen jeweils einen Napf 83 und einen gegenüberliegenden Napf 84 auf, die an den gegenüberliegenden Endbereichen der Scheibe ausgebildet sind. Die Näpfe weisen von der Grundfläche 85 der Scheibe in eine diesbezüglich senkrechte Richtung, so dass sie von der Grundfläche 85 der Scheibe abstehen, Weiterhin weist die Scheibe einen umlaufenden Rand 86 auf, der in Richtung senkrecht zur Ebene der Scheibe 85 vorsteht, wobei der Rand 86 in die entgegengesetzte Richtung vorsteht als der Napf 87 bzw. 88 der Öffnungen 83,84. Werden nun zwei Scheiben miteinander in Verbindung gebracht, so liegen diese an den umlaufenden Rändern 86 aneinander an und können dort abdichtend miteinander verlötet werden. Dies bewirkt, dass zwischen den beiden Scheiben ein Strömungskanal 89 entsteht, der zur Durchströmung der Scheibe dient und der mit den Öffnungen 83, 84 in Fluidverbindung steht.
Die Figur 8 zeigt eine Scheibengruppe mit den Scheiben 90, 91 und 92, Dabei weist die Scheibe 90 eine Grundebene 93 auf und einen diesbezüglich hervorstehenden umlaufenden Rand 94, wobei an den beiden gegenüberliegenden Enden jeweils Öffnungen 95 und 96 vorgesehen sind, die mit umlaufenden Näpfen ausgebildet sind, wobei die Näpfe in Bezug auf die Grundebene 93 senkrecht dazu ausgeprägt sind und in eine andere Richtung hervorstehen als der umlaufende Rand 94.
Wie zu erkennen ist, ist der Strömungskanal 97 zwischen den Öffnungen 95 ausgeprägt und steht mit diesen in Fluidverbindung, wobei der Strömungskanal von der Öffnung 96 abgegrenzt ist und mit dieser nicht in Verbindung steht,
Die Scheibe 91 ist eben ausgebildet und weist an den beiden gegenüberliegenden Enden jeweils Öffnungen 98,99 auf, die ohne Näpfe ausgebildet sind, wobei auch die Scheibe 91 eben ausgebildet ist und keinerlei eingeprägte Strukturen aufweist. Wird nun die Scheibe 90 auf die Scheibe 91 gelegt, so berühren sich die beiden Scheiben im Bereich des umlaufenden Randes 94 und können so miteinander fluiddicht
verbunden werden, dass zum einen die Öffnungen 98 mit den Öffnungen 95 fluchten und zwischen der Scheibe 90 und der Scheibe 91 der Fluidkanal 97 definiert wird, wobei die Öffnungen 96 mit den Öffnungen 99 fluchten, jedoch in keiner Verbindung zu dem Fluidkanal 97 stehen.
Die Scheibe 92 weist ebenso an ihren gegenüberliegenden Enden Öffnungen 100, 101 auf, wobei im Grundbereich 102 der Scheibe ein Fluidkanal 103 gebildet ist, der mit den Öffnungen 101 kommuniziert, wobei ein umlaufender Rand 104 gebildet ist, der in einer Richtung senkrecht zur Ebene der Grundfläche 102 hervorsteht, wobei die Öffnungen 100 in den umlaufenden Rand eingeprägt sind, und somit nicht in Fiuidverbindung mit dem Strömungskanal 103 stehen. Die Öffnungen 100 und 101 sind mit Näpfen ausgestaltet, die senkrecht der Richtung zur Grundebene 102 hervorstehen, wobei diese in der Figur 8 nach hinten hervorstehen und somit entgegengesetzt des umlaufenden Randes 104 hervorstehen.
Verbindet man die Scheibe 92 mit der Scheibe 91 , so findet eine fluiddichte Verbindung im Randbereich 104 zwischen den beiden Scheiben statt, wobei die Öffnungen 99 und 101 jeweils fluchten und eine Fiuidverbindung zu dem Fluidkanal 103 erzeugen und die Öffnungen 98 und 100 miteinander fluchten, diese Öffnungen jedoch keinerlei Fiuidverbindung zu dem Fluidkanal 103 aufweisen. Werden nun die Scheiben 90,91 und 92 miteinander verbunden, so entstehen zwei Fluidkanäle 97 und 103, die durch die Zwischenlage der Scheibe 91 voneinander getrennt sind und die jeweils mit Öffnungen in Verbindung stehen zum Ein- und Auslass eines Fluids. So verbinden die Öffnungen 95,98 und 100 den Fluidkanal 97 und die Öffnungen 96, 99 und 101 den Fluidkanal 103.
Die Figur 9 zeigt eine Anordnung einer Mehrzahl von Scheibenpaaren gemäß der Figur 7, wobei die Scheibenpaare 110 miteinander verlötet sind und anschließend miteinander benachbart verbunden werden, so dass diese sich im Bereich der hervorstehenden Näpfe 1 1 1 berühren und dadurch einen Abstand zwischen den Scheibenpaaren definiert wird, der größer ist als die Ausdehnung der Scheibe
senkrecht zur Grundebene der Scheibe, so dass zwischen den beiden jeweils benachbarten Scheiben ein Raumbereich 112 freigespart bleibt, zur Durchströmung beispielsweise von Luft. Die Figur 10 zeigt ein ähnliches Anordnungsbeispiel von Scheibengruppen 113 gemäß der Figur 8, wobei auch diese Scheibengruppen wiederum miteinander verbunden sind und benachbarte Scheibengruppen in Anlage miteinander kommen über die hervorstehenden Näpfe 114,115. Zischen den Scheibengruppen ist wiederum ein Freiraum 116 freigespart zur Durchströmung beispielsweise von Luft.
Die Figur 11c zeigt einen Ausschnitt einer Scheibe 82 gemäß Figur 7, ebenso wie die Figur 11b, wobei die Scheibe 82 einen ebenen Grundbereich 85 aufweist gegenüber dem der umlaufende Rand 86 hervorsteht, wobei gleichzeitig die Öffnung 83 einen Napf 87 aufweist, der gegenüber der Grundfläche 85 in eine andere Richtung hervorsteht Dies ist auch in der Figur 11b gut zu erkennen, so dass der Napf 87 in der Figur 11 b gegenüber der Grundfläche 85 nach vorne vorsteht, wobei der umlaufende Rand 86 in der Figur 11 b nach hinten vorsteht.
Ähnliches ist in den Figuren 11 c und 11d zu erkennen, für die Scheiben 90 und 92, wobei die Scheibe 91 in dieser Betrachtung der Figuren 11 c und 11 d nicht zu erkennen sind. Die Scheiben 92 und 90 weisen jeweils an ihren gegenüberliegenden Enden zwei Öffnungen 95 und 100 bzw. 101 und 96 auf, wobei diese Öffnungen mit Näpfen umgeben sind, die gegenüber dem Grundbereich 97 bzw. 102 der Scheiben hervorstehen. Wie zu erkennen ist, ist der Strömungskanal 103 bzw. der Strömungskanal 97 jeweils mit einer anderen Öffnung fluidverbunden, so dass der Strömungskanal 97 mit Öffnung 95 verbunden ist, während der Strömungskanal 103 mit der Öffnung 101 verbunden ist. Werden diese Scheiben nun aufeinander gelegt gemäß der Figur 8, so sind die kleinen Öffnungen 95, 100 miteinander verbindbar, während die großen Öffnungen 96 und 101 miteinander verbindbar sind. Die Fluidkanäle 97 bzw. 103 werden in Verbindung mit den jeweiligen Öffnungen
durchströmbar ausgestaltet, wobei die beiden Strömungskanäle 97 und 103 durch die Zwischenlage der nicht gezeigten Scheibe 91 aber voneinander getrennt werden,
Die Figur 12 zeigt die Anordnung von Scheibenpaaren und Scheibengruppen in benachbarter Anordnung, wobei die Scheibenpaare der Scheiben 82 in Luftströmungsrichtung vor der Anordnung der Scheibengruppen der Scheiben 90, 91 ,92 angeordnet sind.
Es ist zu erkennen, dass der Strömungskanal 85 der Luftströmung zuerst ausgesetzt ist bevor der Strömungskanal 97 bzw. der nicht dargestellte Strömungskanal 103 umströmt wird. Die Figur 13 zeigt dies von der anderen Seite, so dass zu erkennen ist, dass zuerst der Strömungskanal 85 von Luft umströmt wird bevor der Strömungskanal 103 umströmt wird. Die Figur 14 zeigt dies noch einmal im Schnitt, wobei man erkennt, dass der Strömungskanal 85 durch zwei Scheiben 82 gebildet wird, wobei die Strömungskanäle 97 und 103 durch die Scheiben 90, 91 und 92 gebildet werden, wobei die beiden Strömungskanäle 90 und 103 in einer Richtung senkrecht zur Luftrichtung in Summe nur den Raumbereich einnehmen, der durch den Luftkanal 85 der beiden Scheiben 82 eingenommen wird.
Die Figur 17 zeigt einen Wärmeübertrager 300 mit einem Wärmeübertragerkern, wobei der Wärmeübertragerkern 301 gebildet wird durch eine Vielzahl parallel angeordneter Scheibenpaare bestehend aus zwei Scheiben, die unter Zwischenlage einer Trennwand zwei Strömungspfade zwischen jeweils einer Scheibe und der Trennwand bilden. Der Wärmeübertrager 300 weist dazu eine Vielzahl von Scheibenpaaren 302 auf, die benachbart zueinander angeordnet sind, wobei zwischen den Scheibenpaaren bevorzugt Wellrippen 303 angeordnet sind. Jedes Scheibenpaar, siehe auch Figur 18, weist an einem ersten Endbereich und an einem zweiten Endbereich jeweils zwei als Näpfe gestaltete Eintrittsöffnungen 304, 305, 306, 307 auf. Dabei bildet ein Napf eines Endbereichs 304 oder 305 einen eingangsseitigen Napf, wobei der zu dem Strömungspfad 308 zugehörige ausgangsseitige Napf im anderen Endbereich
angeordnet ist. Entsprechend ist auf jeder Seite in jedem Endbereich ein eingangsseitiger und ein ausgangsseitiger Napf als Einlass bzw. Auslass des Wärmeübertragers vorgesehen. Die Figur 18 zeigt dazu drei jeweils beabstandet dargestellte Scheibenpaare, die aus zwei Scheiben und einer zwischengefügten Wandung bestehen, wobei diese Scheibenpaare zu einem Scheibenpaket 310 angeordnet werden.
Die Figur 19 zeigt die Anordnung eines Scheibenpaares, bestehend aus den Scheiben 31 1 und 312, wobei die Scheibe 31 1 einen Strömungskanal 313 bildet und die Scheibe 312 einen Strömungskanal 314. Diese Strömungskanäle werden durch Prägungen zwischen zwei Näpfen ausgebildet, wobei nur zwei der vier dargestellten Näpfe mit dem Strömungskanal verbunden sind. So ist der Napf 315 und der Napf 316 mit dem Strömungskanal 313 verbunden, wobei die Näpfe 317 und 318 nicht mit dem Strömungskanal 313 verbunden sind. Bei der Scheibe 312 ist der Napf 319 und der Napf 320 mit dem Strömungskanal 314 verbunden, wobei der Napf 321 und der Napf 322 nicht mit dem Strömungskanal verbunden sind. Werden die beiden Scheiben 31 1 und 312 unter Zwischenlage der Wandung 323 miteinander verlötet, so findet eine Fluidverbindung zwischen den Näpfen 315 und 321 sowie 316 und 322 sowie 318 und 319 und 317 mit 320 statt, so dass die Näpfe 315, 321 einen Eintrittsnapf für den Strömungskanal 313 darstellen und die Näpfe 317 und 320 einen Austrittsnapf darstellen. Gleiches gilt für die Anordnung des Strömungskanals 314. Die Figuren 20 und 21 zeigen die Anordnungen der Näpfe 319, 321 der Figur 19 in einer vergrößerten Darstellung, wobei die Näpfe 319 und 321 in Figur 20 getrennt voneinander ausgebildet sind und der Napf 319 mit dem Strömungskanal 314 fluidverbunden ist, während der Napf 321 vom Strömungskanal 314 getrennt ist. In der Figur 21 sind ebenfalls jeweils zwei Näpfe 330 und 331 dargestellt, wobei zwischen den beiden Näpfen 330 ein Übergang 332 vorgesehen ist, welcher eine Überströmung eines Fluids vom Napf 330 zum Napf 331 erlaubt.
Die Figur 22 zeigt ein Scheibenpaket mit drei Scheibenpaaren in einer perspektivischen Darstellung, wobei nur der oberste Bereich des Scheibenpakets 340 dargestellt ist. Die Figur 23 stellt einen Schnitt gemäß Schnitt 1 der Figur 22 dar und die Figur 24 zeigt einen Schnitt gemäß Schnitt 2 der Figur 22. Man erkennt, dass jeweils ein Scheibenpaar 350, 351 mit einer Zwischenlage 352 vorgesehen ist, wobei zwischen den Scheiben 350 und 351 ein Strömungskana! 353 auf einer Seite der Trennwand 352 angeordnet ist, während ein zweiter Strömungskanal 354 auf der anderen Seite der Trennwand angeordnet ist. Dieses Muster wiederholt sich bei jedem Scheibenpaar der drei dargestellten Scheibenpaare, so dass zwischen den Scheibenpaaren jeweils zwei Strömungskanäle 354, 353 auf beiden Seiten der Trennwand 352 angeordnet sind.
Die Figur 24 zeigt die Strömungskanäle 353 und 354 ebenso jeweils auf einer Seite der Trennwand 352 angeordnet. Die Figur 25 zeigt das Scheibenpaket 340, wobei die Figur 26 einen Schnitt gemäß Schnitt 3 der Figur 25 darstellt und die Figur 27 einen Schnitt gemäß Schnitt 4 der Figur 25.
In den Figuren 26 und 27 sind die Scheiben 350 und 351 dargestellt unter Zwischen läge der Trennwand 352, wobei jeweils die Strömungskanäle 354 und 353 zu erkennen sind. Man erkennt im Schnitt 3, dass die Strömungskanäle nicht über die volle Breite der Scheibe verlaufen, wobei die Strömungskanäle in der Figur 27 im Wesentlichen über die gesamte Scheibe verlaufen. Dies ist darauf zurückzuführen, dass der Kanalverlauf zum Napf hin von der im Wesentlichen vollen Breite auf etwa die halbe Breite zurückgeführt werden muss.
Durch die Gestaltung der Scheibenpaare kann ein Wärmeübertrager, bestehend aus einer Reihe von Scheibenpaaren gebildet werden, welche jeweils hälftig sowohl einen ersten mit einem Eintrittssammler bzw. mit einem Austrittssammler verbundenen Strömungskanal bildet und einen zweiten Strömungskanal, der ebenso mit einem Eintrittssammler und mit einem Austrittssammler versehen ist. Dabei
bilden die Näpfe, die in Reihe miteinander verbunden werden, den jeweiligen Eintrittssammler bzw. Austrittssammler. Das jeweilige Scheibenpaar besteht dabei aus zwei sich gegenüberstehenden Scheiben, wobei zwischen den beiden Scheiben eine Trennwand bzw. ein Trennblech vorgesehen ist, welches die Strömungskanäle der jeweiligen Scheiben voneinander trennt. Werden die Ström ungskanäle im Gegenstrom angeströmt, so dient das Trennblech der Trennung der gegenläufigen Fluidströme durch die Strömungskanäle, wobei die Näpfe der einzelnen Scheibenpaare, die in Reihe zueinander angeordnet sind, den Fluideintrittssammier bzw. den Fluidaustrittssammler bilden.
Die Figur 28 zeigt die schematische Anordnung von Scheibenpaaren 400, 401 , die einen einströmseitigen Napf 402 und einen ausströmseitigen Napf 403 aufweisen. Der Fluidstrom erfolgt vom eint ttsseitigen Napf 402 durch den Strömungskanal 401 zu einem Übertritt 404, von wo das Fluid in den zweiten Strömungskanal 400 einströmen kann, um zum Napf 403 zu strömen. Dies wird bei den in Reihen nebeneinander angeordneten Scheibenpaaren jeweils so durchgeführt, wobei die beiden Strömungskanäle 400 und 401 im Gegenstrom zueinander betrieben werden.
Die Figur 29 zeigt dies in einer vergrößerten Darstellung. Das Scheibenpaar 401 , 400 ist dabei mit beidseitigen Rippen 405 zur Umströmung von Luft versehen.
Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager mit innerem integriertem Wärmeübergang mittels zwei in einem Rohr im Gegen ström betriebenen Strömungskanälen.
Im Folgenden wird die Ausführung eines Wärmeübertragers in Scheibenbauweise beschrieben, alternativ sind auch Ausführungsformen wie z.B. in Flachrohrbauweise möglich.
Der Wärmeübertrager besteht aus einer Reihe von Scheibenpaaren, weiche jeweils hälftig sowohl einen ersten mit dem Eintrittssammler bzw. -napf verbundenen
Strömungskanal als auch einen zweiten mit dem Austrittssammler bzw. -napf verbundenen Strömungskanal aufweisen. Das Scheibenpaar ist wiederum aus zwei
sich gegenüberstehenden Scheiben sowie einem sich dazwischen befindenden Trennblech zusammengesetzt. Das Trennblech dient zur Trennung der
gegenläufigen Fluidströme, die miteinander verbundenen Näpfe der in Reihe angeordneten Scheibenpaare bilden dabei einerseits den Fluideintrittssammler zum Verteilen des Fluids auf die einzelnen ersten Strömungskanäle, und andererseits den Fluidaustrittssammler zum Sammeln des Fluids aus den einzelnen zweiten
Strömungskanäle.
Dabei unterscheiden sich die beiden Scheiben 31 1 , 312 und lediglich im
Übergangsbereich zwischen dem Scheibenkanal und den -näpfen, bei der
Fluideintrittsscheibe 31 1 ist eine Strömungsverbindung zwischen Strömungskanal 313 und dem Fluideintrittsnapf geprägt, wobei bei der Fluidscheibe 312 eine
Verbindung zwischen Strömungskanal 314 und dem Fluidaustrittsnapf besteht.
Diese Verbindungsprägungen können wechselnd im Scheibenwerkzeug durchgeführt und somit beide Scheiben in ein und demselben Werkzeug mit Wechselsatz hergestellt werden können. Dies reduziert die Werkzeugkosten und erhöht die Gleichteileanzahl.
Der oben beschriebene Wärmeübertrager wird so durchströmt, dass ein Fluid, wie beispielsweise Kältemittel oder Kühlmittel etc. über den ersten Sammler als
Eintrittssammler z. B. an der Blockoberseitein die eine erste Scheibenkanalhälfte 31 1 einströmt, dann über ein Verbindungselement zwischen den beiden gegenüberliegenden Sammlern, als Eintrittssammler und Austrittssammler dann an der Blockunterseite bezeichnet, in die zweite Scheibenkanalhälfte 312 übergeleitet wird, diese durchströmt und danach aus dieser zweiten Kanalhälfte über den zweiten Sammler, als Austrittssammler dann wieder an der Blockoberseite bezeichnet, wieder ausströmt.
Der Vorteil dieser Durchströmungsart liegt in der Homogenisierung des
Temperaturprofils z.B. als Verdampfer, durch eine Vergleichmäßigung der
unterschiedlichen Temperaturen der gegenläufigen Fluidströme aufgrund des
Wärmeübergangs zwischen den beiden Kanalhälften einerseits, sowie andererseits durch eine Vergleichmäßigung der Temperatur der die beiden Kanalhälften umströmenden Luft,
Bei dem Verbindungselement zwischen den beiden gegenüberliegenden Sammlern auf der Blockunterseite kann es sich um ein separates Verbindungsteil handeln oder auch in einem Seitenteil mit integriertem Umlenkkanal o.ä. ausgeführt sein.
Bei einer Zwei-Blockverschaltung wird das Fluid über den Eintrittssammler auf alle parallel angeordneten ersten Scheibenkanalhälften 31 1 gleichzeitig verteilt und entsprechend nach der Umlenkung mittels Verbindungselement auf alle zweiten Scheibenkanalhälften 312 weiter verteilt.
Bei einer Mehrblockverschaltung wir das Fluid nur auf eine bestimmte Anzahl parallel angeordneter erster Scheibenkanalhälften 31 1 gleichzeitig verteilt, dann erfolgt der Fluidübertritt von einem Sammler zum benachbarten Sammler direkt in den
Scheiben, z.B. über eingeprägte Verbindungskanäle zwischen den benachbarten Sammlernäpfen einer Scheibe, bevor dann nach Durchströmen der zweiten
Scheibenkanalhälften 312 das Fluid in den nächsten Block weitergeleitet wird und dort wieder der gleiche Verteil Vorgang wie im ersten Block fortgesetzt wird.
Der Strömungskanal eübertrager, wie insbesondere der Scheibenverdampfer, kann alternativ auch in Single-Tank-Bauweise, also mit nur einem Tank an einer Seite des Würmeübertragers, ausgeführt werden
Die Verschaltung der einzelnen Module kann dabei je nach Anordnung und/oder Ausführungsform variiert werden.
Im Verdampfer wird in Abhängigkeit vom Massenstrom bzw. Betriebspunkt ein Druckabfall erzeugt. Je nach Druckabfall stellen sich unterschiedliche Absolutdrücke und damit
unterschiedliche Verdampfungsdrücke zwischen Verdampferein- und -austritt ein.
Dies hat zur Folge, dass die Verdampfungstemperatur am Verdampfereintritt bei hohen Druckabfällen deutlich höher sein kann, als die dem Verdampfungsdruck zugehörige Temperatur am Austritt. Daraus resultiert ein Temperaturgang des verdampfenden Kältemittels in Abhängigkeit vom sich einstellenden Druckabfall über den Wärmeübertrager. Zusätzlich ist eine Überhitzung des Kältemittels am Ende der Verdampfung am Verdampferaustritt erwünscht um ein stabiles Überhitzungssignal am Einspritzventit zu erzeugen (z. B. 5K).
Dadurch entstehen jedoch lokale Warmzonen am Verdampfer, die durch geeignete Maßnahmen, wie z. B. Mehrfachverschaltungen in Luftrichtung hintereinander, homogenisiert werden können.
Durch die Integration einer inneren Wärmeübertragungsfläche im Verdampfer über im Wesentlichen die gesamte Höhe können zwischen Verdampfe rein- und -austritt lokale Warmzonen minimiert werden.
Durch den Wärmeübergang an der integrierten inneren Wärmeübetragungs-läche kann zwischen dem eintretenden Kältemittel eine stabile Überhitzung im
gegenströmenden Kältemittel am Austritt erzeugt werden. Durch den deutlich höheren Wärmeübergang geschieht das in einem sehr viel kleineren Teilabschnitt des Verdampfers als bei herkömmlichen Systemen mit Mehrfachverschaltung.
Die Temperatur des strömenden Kältemittels durch den Verdampfer stellt sich deutlich schneller auf einem niedrigeren mittleren Temperaturniveau ein und die Überhitzungszone kann auf ein Minimum im Verdampfer reduziert werden. Daraus resultiert ein hohes treibendes mittleres Temperaturgefälle und eine damit einhergehende Leistungssteigerung.
Claims
Ansprüche
1 , Baukasten zur Herstellung von Wärmeübertragern mit zumindest zwei Typen von Wärmeübertragerkernen zur Herstellung von mehr als zwei
unterschiedlichen Wärmeübertragern, der Baukasten besteht umfasst:
- einen ersten Typ Wärmeübertragerkern mit einer Vielzahl von
Paaren von Scheiben zur Erzeugung von einer Vielzahl paralleler Strömungspfaden zwischen den Paaren von Scheiben und
- einen zweiten Typ Wärmeübertragerkern mit einer Vielzahl von
Gruppen von drei Scheiben zur Erzeugung von einer Vielzahl von zwei parallelen Strömungspfaden, jeweils einen Strömungspfad zwischen zwei der drei Scheiben
wobei ein erster Wärmeübertrager mit einem Wärmeübertragerkern des ersten Typs erzeugbar ist, wobei ein zweiter Wärmeübertrager mit zwei
Wärmeübertragerkernen des ersten Typs erzeugbar ist, wobei ein dritter Wärmeübertrager mit einem Wärmeübertragerkern des ersten Typs und mit einem Wärmeübertragerkern des zweiten Typs erzeugbar ist, wobei ein vierter Wärmeübertrager mit zwei Wärmeübertragerkernen des zweiten Typs erzeugbar ist und ein fünfter Wärmeübertrager mit einem
Wärmeübertragerkern des zweiten Typs erzeugbar ist.
2. Baukasten nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die
Wärmeübertragerkerne des ersten und/oder zweiten Typs mit
Anschlussvorrichtungen und/oder Verbindungsvorrichtungen versehen sind zum Einleiten und/oder Ausleiten und/oder Überleiten von Fluid in oder zwischen oder aus den Wärmeübertragerkernen.
Wärmeübertragerkern in Scheibenbauweise, insbesondere zur Verwendung in einem Baukasten nach einem der vorhergehenden Ansprüche» zur Bildung eines Wärmeübertragers, mit einer Vielzahl von Scheibenpaaren zur Bildung von ersten Strömungspfaden, wobei jeweils zwei Scheiben eines
Scheibenpaares den ersten Strömungspfad zwischen sich bilden und zwischen benachbarten Scheibengruppen jeweils ein Raumbereich für zweite Strömungspfade gebildet ist.
Wärmeübertragerkern in Scheibenbauweise, insbesondere zur Verwendung in einem Baukasten nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 und 2, zur Bildung eines Wärmeübertragers, mit einer Vielzahl von Scheibengruppen zur Bildung von dritten und vierten Strömungspfaden, wobei zwischen jeweils einer ersten und einer zweiten Scheibe einer Scheibengruppe der dritte Strömungspfad und zwischen einer zweiten Scheibe und einer dritten Scheibe der Scheibengruppe der vierte Strömungspfad gebildet ist und zwischen benachbarten Scheibengruppen jeweils ein Raumbereich für fünfte
Strömungspfade gebildet ist.
Wärmeübertragerkern nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einzelne Scheiben als Anschluss- und Verbindungsbereiche Öffnungen und/oder Näpfe aufweisen und zur Ausbildung von
Strömungspfaden zwischen Anschlussbereichen kanalbildende Strukturen, wie Prägungen, aufweisen.
Wärmeübertragerkern nach Anspruch 3 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Scheibe und die zweite Scheibe des Scheibenpaares an zwei gegenüberliegenden Endbereichen jeweils einen Anschlussbereich aufweist als Einlass oder Auslass des ersten Strömungspfads und jeweils eine kanalbildende Struktur zwischen den beiden Anschlussbereichen zur
Ausbildung des ersten Strömungspfads.
7. Wärmeübertragerkern nach Anspruch 3 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Scheibe und/oder die zweite Scheibe des Scheibenpaares an einem Endbereichen zwei Anschlussbereiche aufweist als Einlass oder Auslass des ersten Strömungspfads und jeweils eine kanalbildende Struktur zwischen den beiden Anschlussbereichen zur Ausbildung des ersten Strömungspfads.
8. Wärmeübertragerkern nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Scheibe, die zweite und die dritte Scheibe der Scheibengruppe an zwei gegenüberliegenden Endbereichen jeweils zwei Anschlussbereiche aufweist als Einlass oder Auslass des dritten Strömungspfads oder des vierten
Strömungspfads, wobei die erste und die zweite Scheibe jeweils zwischen einem gegenüberliegenden Anschlussbereich eine kanalbildende Struktur zwischen einem der beiden Anschlussbereiche zur Ausbildung des dritten und des vierten Strömungspfads aufweist, wobei die dritte Scheibe zwischen der ersten und der zweiten Scheibe als Trennwand zwischen dem dritten und dem vierten Strömungspfad vorgesehen ist.
9. Wärmeübertrager mit zumindest zwei Wärmeübertragerkernen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand der Scheibenpaare oder der Scheibengruppen eines Wärmeübertragerkerns zur Bildung der zweiten und/oder fünften Strömungspfade, derart gewählt ist, dass er bei benachbarten Wärmeübertragerkernen eines Wärmeübertragers gleich ist oder unterschiedlich, wie kleiner oder größer ist als bei dem benachbarten Wärmeübertragerkern.
10. Wärmeübertrager mit zumindest zwei Wärmeübertragerkernen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefe der Strömungskanäle senkrecht zur Ebene, die durch die Scheibenpaare oder Scheibengruppen ausgespannt wird, für jeden Strömungskanaf individuell wählbar ist.
Wärmeübertrager nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Scheibenpaaren gebildet sind aus paarweiser Anordnung von Scheiben und mit einer Trennwand zwischen benachbarten Scheiben, welche Paare von Strömungskanäle bilden, dadurch
gekennzeichnet, dass die Strömungskanäle eines Scheibenpaares im
Gegenstrom durchströmt werden.
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