DE102024111894A1

DE102024111894A1 - Wärmeübertrager mit Sammler insbesondere für ein Wärmemanagementmodul

Info

Publication number: DE102024111894A1
Application number: DE102024111894.6A
Authority: DE
Inventors: Hicham Rouhana
Original assignee: Mahle International GmbH
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2024-04-29
Filing date: 2024-04-29
Publication date: 2025-10-30
Also published as: CN120868651A; US20250334342A1

Abstract

Wärmeübertrager insbesondere für ein Wärmemanagementmodul aufweisend: eine Vielzahl von Platten, einen ersten Strömungspfad für ein Kühlmittel, einen zweiten Strömungspfad für ein Kältemittel, einen Sammler zum Trennen von gasförmigen sowie flüssigen Anteilen des Kältemittels voneinander und/ oder zum Sammeln sowie Bevorraten des Kältemittels, wobei die Platten übereinander oder nebeneinander angeordnet sind, so dass sich zwischen zueinander angrenzenden Platten Kanäle ausbilden. Wobei ein erster Teil der Kanäle dem ersten Strömungspfad zugeordnet sind und ein zweiter Teil der Kanäle dem zweiten Strömungspfad zugeordnet sind. Der zweite Strömungspfad einen ersten Bereich zur Erhitzung und Kondensation des dampfförmigen Kältemittels aufweist und der zweite Strömungspfad einen zweiten Bereich zur Unterkühlung des kondensierten Kältemittels aufweist. Wobei das Kältemittel aus dem ersten Bereich in den zweiten Bereich über den Sammler strömt. Es ist erfindungsgemäßen vorgesehen, dass die Platten jeweils mindestens fünf Öffnungen aufweisen. Wobei sechs Anschlusselemente welche die Fluideinlässe sowie die Fluidauslässe der zwei Strömungskanäle bilden jeweils am gleichen Endbereich des Plattenstapels des Wärmeübertragers angeordnet sind. Wobei ein weiteres Anschlusselement als Fluideinlass des Sammlers mit dem ersten Bereich fluidtechnisch verbunden ist und ein weiteres Anschlusselement als Fluidauslass des Sammers mit dem zweiten Bereich fluidtechnisch verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager bestehend aus Platten und zwei Strömungspfade aufweisend mit einem Sammler insbesondere für ein Wärmemanagementmodul.
In der Druckschrift DE 10 2012 217 090 A1 ist ein Wärmeübertrager (Kondensator) offenbart, der geeignet ist ein Kältemittel zu kondensieren, es zu bevorraten und weiterhin zu unterkühlen. Der offenbarte Wärmeübertrager (Kondensator) weist Platten auf (in Stapelscheibenbauweise), einem ersten Strömungskanal für ein Kältemittel und einen zweiten Strömungskanal für ein Kühlmittel. Wobei eine Mehrzahl von Platten (Scheibenelementen) vorgesehen sind, die aufeinandergestapelt zueinander benachbarte Kanäle zwischen den Platten (Scheibenelementen) ausbilden, wobei ein erster Teil der Kanäle dem ersten Strömungspfads (Strömungskanal) zugeordnet sind und ein zweiter Teil der Kanäle dem zweiten Strömungspfads (Strömungskanal) zugeordnet sind. Wobei der erste Strömungspfad (Strömungskanal) einen ersten Bereich zur Enthitzung und Kondensation des dampfförmigen Kältemittels aufweist und einen zweiten Bereich zur Unterkühlung des kondensierten Kältemittels aufweist, mit einem Sammler zur Bevorratung eines Kältemittels, wobei ein Kältemittelübertritt aus dem ersten Bereich in den zweiten Bereich durch den Sammler führt. Es ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Sammler über ein erstes Anschlusselement, welches den Fluideinlass des Sammlers bildet, mit dem ersten Bereich in Fluidkommunikation steht, wobei ein zweites Anschlusselement als Fluidauslass des Sammlers mit dem zweiten Bereich in Fluidkommunikation steht. Das erste Anschlusselement oder das zweite Anschlusselement ist ein Tauchrohr (Rohr) das durch Öffnungen in den Platten (Scheibenelementen) durch eine Anzahl von Platten (Scheibenelementen) greift. Der zweite Strömungskanal ist seriell durchströmbar und ein Fluideinlass und ein Fluidauslass des zweiten Strömungspfads (Strömungskanal) ist jeweils am gleichen Ende des Plattenstapels (Scheibenstapels) angeordnet. Der Sammler ist mit dem offenbarten Wärmeübertrager verbunden. An einem Ende des Plattenstapels ist der Sammler angelötet. Wobei der Sammler einen Zylinder aufweist. Die Anschlusselemente für die Fluideinlässe sowie die Fluidauslässe der zwei Strömungspfade für das Kühlmittel und Kältemittel sind an verschiedenen Enden des Plattenstapels. Die Karosserie eines Kraftfahrzeugs definiert den zur Verfügung stehenden Bauraum für alle Systeme und Komponenten. Da die Anzahl der Systeme sowie Komponenten eines Kraftfahrzeugs immer weiter zunehmen, wird der zu Verfügung stehende Bauraum für den offenbarten Wärmeübertrager mit Sammler immer kleiner. In nachteiliger Weise kann es sein, dass der offenbarte Wärmeübertrager mit Sammler nicht als eine zusammenhängende Komponente in den zur Verfügung stehenden Bauraum eingepasst werden kann. Da der offenbarte Wärmeübertrager mit dem Sammler in nachteiligerweise verlötet ist. Häufig wird der offenbarte Wärmeübertrager mit einem Sammler noch mit weiteren Bauteilen wie beispielsweise einem Expansionsventil sowie einem Kompressor zu einem Wärmemanagementmodul zusammengefasst. Der zur Verfügung stehende Bauraum für den offenbarten Wärmeübertrager mit Sammler verkleinert sich so in nachteiliger Weise noch weiter. Falls in nachteiliger Weise kein ausreichender Bauraum für den offenbarten Wärmeübertrager mit Sammler in einem Wärmemanagementmodul zur Verfügung steht, müssen der Wärmeübertrager und der Sammler getrennt voneinander angeordnet werden. Was einen höheren Aufwand durch zusätzliche notwendige Kältemittelleitungen und Kühlmittelleitungen notwendig macht. Was das Gewicht und den nötigen Platz für den Wärmeübertrager, dem Sammler und die verbindenden Leitungen in nachteiliger Weise erhöht. Zusätzlich wird eine aufwendige Führung der verbindenden Leitungen notwendig.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass der Wärmeübertrager und Sammler getrennt sind, wodurch der benötigte Bauraum des Wärmeübertragers mit Sammler verkleinert wird, sodass die Integration von dem Wärmeübertrager mit Sammler in ein Wärmemanagementmodul erleichtert wird.
Ausgangspunkt der Erfindung ist ein Wärmeübertrager mit Sammler vorzugsweise für eine Wärmemanagementmodul, der übereinander oder nebeneinander angeordnete Platten aufweist. In einem Kältemittelkreis und/ oder einem Kühlmittelkreis eines Kraftfahrzeugs kann der erfindungsgemäße Wärmeübertrager bzw. das Wärmemanagementmodul verwendet werden. Das Kraftfahrzeug kann einen zumindest teilweisen elektrischen Antrieb aufweisen. Das Wärmemanagementmodul weist mindestens einen erfindungsgemäßen Wärmeübertrager mit Sammler, mindestens ein Expansionsventil und mindestens einen Kompressor auf. Sensoren, Pumpen, weitere Ventile, eine Steuerung sowie weitere Wärmeübertrager kann das Wärmemanagementmodul aufweisen und so einen Großteil der benötigten Komponenten für einen Kühlmittelkreis und/ oder Kältemittelkreis zusammenfassen. Der erfindungsgemäße Wärmeübertrager insbesondere für ein Wärmemanagementmodul eines Kraftfahrzeugs weist auf: eine Vielzahl von Platten, einen ersten Strömungspfad für ein Kühlmittel, einen zweiten Strömungspfad für ein Kältemittel, einen Sammler zum Trennen von gasförmigen sowie flüssigen Anteilen des Kältemittels voneinander und/ oder zum Sammeln sowie Bevorraten des Kältemittels. Die zwei Strömungspfade sind fluidtechnisch getrennt voneinander und ermöglichen den Übertrag von Wärme zwischen dem Kühlmittel und dem Kältemittel. Als Kühlmittel kann beispielsweise ein Medium das Glykol enthält verwendet werden und als Kältemittel kann beispielsweise R1234yf, Kohlendioxid (R744) oder Propan (R290) verwendet werden. Die Vielzahl der Platten des erfindungsgemäßen Wärmeübertragers weisen jeweils eine identische rechteckige Form auf. Die Platten können eine längere Seite und eine kürzere Seite oder gleich lange Seiten aufweisen. Nur die äußeren Abdeckplatten des Plattenstapels und die Platten im Inneren des Plattenstapels die eine zusätzliche Funktionalität bewirken, wie das Umlenken oder das Blockieren eines Fluides in einem Strömungspfad, weisen eine abweichende geometrische Form auf. Es ist möglich, dass die Platten einen metallischen Werkstoff wie beispielsweise eine Aluminiumlegierung aufweisen. Die Platten können einen umlaufenden hochgezogenen Rand aufweisen. Wobei die Platten übereinander oder nebeneinander angeordnet sind, so dass sich zwischen zueinander angrenzenden Platten Kanäle ausbilden. Zwischen zwei angrenzenden Platten entstehen Hohlräume, die durch die Kanäle unterteilt werden. Die Hohlräume können durch den umlaufenden Rand von der Umgebung fluidtechnisch getrennt werden. Die Platten können Strukturen aufweisen. Diese Strukturen vergrößern die Oberfläche der Platten, die für den Übertrag von Wärme zur Verfügung steht. Und unterteilen die entstehenden Hohlräume zwischen zwei Platten in Kanäle. Eine Strömung eines Fluids in den Kanälen kann durch die Strukturen erzeugte Turbulenzen und Verwirbelungen aufweisen, um den Übertrag von Wärme zwischen den zwei Fluiden zu vergrößern. Wenn die Platten übereinander oder nebeneinander gestapelt werden, können an den Strukturen sowie an den Rändern jeweils Verbindungsstellen auftreten. An diesen Verbindungsstellen sind die Platten miteinander verbunden, beispielsweise durch ein stoffschlüssiges Verfahren wie Hartlöten. Wobei ein erster Teil der Kanäle dem ersten Strömungspfad zugeordnet sind. Wobei ein zweiter Teil der Kanäle dem zweiten Strömungspfad zugeordnet sind. Wobei der zweite Strömungspfad einen ersten Bereich zur Enthitzung und Kondensation des dampfförmigen Kältemittels aufweist. Durch die Enthitzung wird zumindest ein Teil der Wärme von dem Kältemittel auf das Kühlmittelübertragen. Wobei der zweite Strömungspfad einen zweiten Bereich zur Unterkühlung des kondensierten Kältemittels aufweist. Wobei das Kältemittel aus dem ersten Bereich in den zweiten Bereich über den Sammler strömt. Der erfindungsgemäße Wärmeübertrager weist sechs Anschlusselemente welche die Fluideinlässe sowie die Fluidauslässe der zwei Strömungskanäle bilden auf. Der Sammler weist zwei Anschlusselemente auf. Wobei ein weiteres Anschlusselement als Fluideinlass des Sammlers mit dem ersten Bereich fluidtechnisch verbunden ist. Wobei ein weiteres Anschlusselement als Fluidauslass des Sammlers mit dem zweiten Bereich fluidtechnisch verbunden ist. Es ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Platten jeweils mindestens fünf Öffnungen aufweisen. Die Platten weisen Öffnungen auf, die mit einem Rand, einem Durchzug oder einem Dom umgeben sind und Öffnungen ohne Rand, Durchzug oder Dom. Auf diese Weise können die Hohlräume und die Kanäle zwischen zwei zueinander angrenzenden Platten, die zwei Bereiche sowie die zwei Strömungspfade voneinander fluidtechnisch getrennt oder verbunden werden. Wenn zueinander angrenzende Platten Öffnungen umgeben mit einem Rand, Durchzug oder Dom aufweisen, fließt das Fluid in den übernächsten Hohlraum oder es kann ein Kanal dargestellt werden, um das Fluid durch diesen Bereich des erfindungsgemäßen Wärmeübertrager zu führen. Unter fluidtechnisch getrennt wird verstanden, dass kein oder nur eine vernachlässigbar kleine Menge eines Fluids durch die Verbindung treten können. Unter dem Plattenstapel werden die aufeinander oder nebeneinander angeordneten Platten verstanden, wenn der erfindungsgemäße Wärmeübertrager zusammengebaut ist.
Beispielsweise kann ein Kältemittelkreis in einer Klimaanlage für ein Kraftfahrzeug oder in einer Wärmepumpe für ein Kraftfahrzeug die folgenden Komponenten aufweisen: einen erfindungsgemäßen Wärmeübertrager mit Sammler als indirekter Kondensator zum Kondensieren von einem Kältemittel, ein Expansionsventil zum Entspannen des Kältemittels, einen Verdampfer zum Verdampfen des Kältemittels, einen Kompressor zum Verdichten des Kältemittels und die verbindenden Leitungen. Wobei der Kältemittelkreis von einem Kältemittel durchströmt wird. Es ist denkbar, dass der Kältemittelkreis zum Beispiel von R1234yf durchströmt wird. Alternativ dazu ist es möglich, dass der Kältemittelkreis von Kohlendioxid (R744), Propan (R290) oder R134a durchströmt wird. Der erfindungsgemäße Wärmeübertrager mit Sammler, das Expansionsventil und der Kompressor können in einem Wärmemanagementmodul zusammengefasst sein. Mithilfe des Verdampfers kann beispielsweise dem Innenraum eines Kraftfahrzeugs Wärme entzogen werden und diese Wärme über den erfindungsgemäßen Wärmeübertrager an ein Kühlmittel abgegeben werden, indem ein Kältemittel in dem erfindungsgemäßen Wärmeübertrager kondensiert und enthitzt wird. Der Sammler dient dazu, in vorteilhafterweise die Effizienz des Kältemittelkreislaufs bei verschiedenen Umgebungsbedingungen zu erhöhen, indem im erfindungsgemäßen Sammler Kältemittel gespeichert und wieder bei Bedarf freigegeben wird. Der Sammler kann so konstruiert sein, dass in ihm unter anderem durch die Schwerkraft eine Phasentrennung von einem Kältemittel, dass gasförmige und flüssige Anteile aufweist, stattfinden kann. Unter verschieden Umgebungsbedingungen können beispielsweise die verschiedenen Jahreszeiten verstanden werden. Da der Kältemittelkreis geschlossen ist und nur maximal einen Sammler aufweist, kann der Kältemittelkreis mithilfe des Sammlers selbstregelnd funktionieren. Der Kältemittelkreis kann einen Hochdruckteil mit dem erfindungsgemäßen Wärmeübertrager als indirekten Kondensator und einen Niederdruckteil mit dem Verdampfer aufweisen. In dem Hochdruckteil weist das Kältemittel einen deutlichen höheren Druck als im Niederdruckteil auf. Der Sammler kann so im Hochdruckteil angeordnet sein, dass der Sammler von dem Kältemittel durchströmt wird, welches einen ersten Teil des erfindungsgemäßen Wärmeübertragers durchströmt hat. Es ist möglich, dass im ersten Teil des erfindungsgemäßen Wärmeübertragers das dampfförmige Kältemittel nicht vollständig durch Abkühlung (Enthitzung) unter Druck verflüssigt wird und deswegen noch weiter dampfförmige Anteile enthält. Durch die Anordnung von dem Sammler hinter dem ersten Teil des erfindungsgemäßen Wärmeübertragers kann sichergestellt werden, dass beim Sammler nur gesättigtes flüssiges Kältemittel austreten kann. Das aus dem Sammler austretende Kältemittel wird noch weiter unterkühlt im zweiten Teil des erfindungsgemäßen Wärmeübertrager. Durch die Unterkühlung können Dampfblasen vor dem Expansionsventil vermieden werden und so eine Beschädigung des Expansionsventils sowie ein sicherer Betrieb des Kältemittekreis gewährleistet werden. Wie stark das Kältemittel für die Betriebssicherheit unterkühlt werden muss, hängt von der Bauart, den Druckverlusten im Kältemittelkreis und der Höhendifferenz zwischen dem Kondensator und dem Verdampfer ab. Wird das Kältemittel darüber hinaus unterkühlt, lässt sich auch die Energieeffizienz des Kältemittelkreises steigern.
Über zwei der mindestens fünf Öffnungen der Platten wird das Kühlmittel auf die Hohlräume und Kanäle verteilt und wieder gesammelt. Das Kältemittel wird mit Hilfe der restlichen Öffnungen der Platten durch den erfindungsgemäßen Wärmeübertrager geführt. Durch die Aufteilung des zweiten Strömungspfads in einen ersten Bereich indem das gasförmige Kältemittel kondensiert wird und einen zweiten Bereich indem das kondensierte Kältemittel unterkühlt wird, führt dazu, dass stets vollständig unterkühltes Kältemittel aus dem erfindungsgemäßen Wärmeübertrager austritt. Der erfindungsgemäße Wärmeübertrager muss mindestens sechs Anschlusselemente aufweisen: zwei Anschlusselemente für den Fluideinlass sowie den Fluidauslass des Kühlmittels, zwei Anschlusselemente für den Fluideinlass sowie den Fluidauslass des Kältemittels und zwei Anschlusselemente, um den Sammler fluidtechnisch an den zweiten Strömungspfad des Kältemittels anzubinden.
Der zweite Bereich zur Unterkühlung des Kältemittels ist im Plattenstapel oberhalb des ersten Bereichs zur Kondensation des Kältemittels angeordnet. Es ist deswegen notwendig, das Kältemittel, das den ersten Bereich durchströmt und anschließend den Sammler durch den zweiten Bereich zu führen. Aus diesem Grund müssen die Platten mindestens fünf Öffnungen aufweisen. Dies wird mit zwei der mindestens fünf Öffnungen dargestellt. Über die vier restlichen Öffnungen der mindestens fünf Öffnungen wird das Kühlmittel bzw. das Kältemittel auf die Hohlräume und Kanäle des zweiten Bereichs verteilt und wieder gesammelt. Um die Herstellbarkeit zu vereinfachen, wird eine Art von Platte mit mindestens fünf Öffnungen verwendet. Nicht benötigte Öffnungen einer Platte im Plattenstapel können beispielsweise blockiert werden in den zwei Strömungspfaden oder durch die Öffnungen gebildete Fluidführung wird nicht verwendet im Plattenstapel. Durch die räumliche Trennung von Wärmeübertrager und Sammler sowie die Anordnung von fünf der sechs Anschlusselemente am gleichen Endbereich des Plattenstapels kann der benötige Bauraum für einen Wärmeübertrager mit Sammler in vorteilhafterweise noch weiter verkleinert werden und benötige Anzahl von Leitungen zur fluidtechnischen Verbindung der Anschlüsse kann noch weiter verkleinert werden.
Es ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Sammler sowie der Wärmeübertrager getrennt voneinander sind und/ oder beabstandet sind zueinander. Auf diese Weise kann die Bauhöhe des erfindungsgemäßen Wärmeübertragers mit Sammler entlang des Plattenstapels in vorteilhafterweise verkleinert werden. Die Bauhöhe wird im Wesentlichen von der Höhe des Plattenstapels bestimmt und/ oder von dem Durchmesser des Sammlers.
In einer ersten erfindungsgemäßen Ausführung des Wärmeübertragers mit Sammler können der Wärmeübertrager und der Sammler getrennt voneinander angeordnet sein und jeweils für sich angeordnet sein. Beispielsweise können der Wärmeübertrager und der Sammler jeweils mit einer Montageplatte oder Verteilplatte verbunden sein. Die Verteilplatte kann die, für die Führung der Fluide notwendigen Kanäle aufweisen.
In einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführung des Wärmeübertragers mit Sammler können der Wärmeübertrager und der Sammler zueinander beabstandet zueinander sein. Beispielsweise können der Wärmeübertrager und der Sammler jeweils mit einer Verteilplatte verbunden sein. Die Verteilplatte kann die, für die Führung der Fluide notwendigen Kanäle aufweisen.
In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführung des Wärmeübertragers mit Sammler können die Platten jeweils mindestens sechs Öffnungen aufweisen. Wobei die sechs Anschlusselemente jeweils am gleichen Endbereich des Plattenstapels des Wärmeübertragers angeordnet sind. Der Wärmeübertrager kann eine Verteilplatte aufweisen. Die Anschlüsse für die Fluideinlässe und Fluidauslässe sind an einem Ende des Plattenstapels. Auf diese Weise kann in vorteilhafterweise ein erfindungsgemäßer Wärmeübertrager mit zwei Bereichen dargestellt werden, der alle Anschlusselemente für die Fluideinlässe sowie die Fluidauslässe für ein Kältemittel und Kühlmittel an einem Ende des Plattenstapels aufweist. Der Endbereich des Plattenstapels kann zumindest eine Platte und eine Abdeckplatte umfassen. Durch die räumliche Trennung von Wärmeübertrager und Sammler sowie die Anordnung von sechs Anschlusselementen am gleichen Endbereich des Plattenstapels kann, der benötigte Bauraum für einen Wärmeübertrager mit Sammler in vorteilhafterweise noch weiter verkleinert werden und benötige Anzahl von Leitungen zur fluidtechnischen Verbindung der Anschlüsse kann noch weiter verkleinert werden.
Gemäß einer besonders günstigen Weiterbildung der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass der Wärmeübertrager mindestens eine Verteilerplatte aufweist. Die mindestens eine Verteilerplatte kann die notwendigen Kanäle aufweisen, um das Kühlmittel dem Wärmeübertrager zuzuführen und wieder abzuführen sowie das Kältemittel dem Wärmeübertrager bzw. dem Sammler zuzuführen und wieder abzuführen. Die mindestens eine Verteilerplatte kann sechs Kanäle aufweisen, die zu den sechs Anschlusselementen führen können.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass das Kältemittel im ersten Bereich mindestens einmal entlang der Blockhöhe des Wärmeübertragers umgelenkt wird. Auf diese Weise entsteht eine U-förmige Umlenkung des Kältemittels. Es kann so die Leistung des erfindungsgemäßen Wärmeübertragers in vorteilhafterweise erhöht werden und es kann im ersten Bereich eine größere Menge an Kältemittel enthitzt und kondensiert werden. Es ist möglich, dass das Kältemittel im ersten Bereich mehrmals entlang der Blockhöhe umgelenkt wird und so die Leistung des erfindungsgemäßen Wärmeübertragers noch weiter erhöht wird.
In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel kann es vorgesehen sein, dass die Platten jeweils eine rechteckige Form mit zwei Seiten aufweisen, wobei vier Öffnungen entlang einer Seite angeordnet sind. Auf diese Weise kann der Sammler angebunden werden, das Kältemittel in dem ersten Bereich enthitzt und kondensiert werden sowie mindestens einem entlang der Blockhöhe umgelenkt werden und das Kältemittel im dem zweiten Bereich unterkühlt werden.
Auch ist es zu bevorzugen, dass die Platten jeweils sechs Öffnungen aufweisen. Auf diese Weise können Bereiche im erfindungsgemäßen Wärmeübertrager mit Sammler erzeugt werden, in denen das Kältemittel im ersten Strömungskanal im Gegenstrom oder im Gleichstrom zum Kühlmittel im zweiten Strömungskanal strömt. In vorteilhafterweise kann so die Leistung des erfindungsgemäßen Wärmeübertragers noch weiter erhöht werden. Die Platten können jeweils eine längere und eine kürzere Seite aufweisen. Vier der sechs Öffnungen können entlang einer der kürzeren Seite angeordnet sein und die zwei weiteren Öffnungen können dazu gegenüber angeordnet sein.
Besonders bevorzugt ist es, dass die Platten jeweils eine rechteckige Form mit zwei Seiten aufweisen, wobei mindestens drei der Öffnungen entlang einer Seite angeordnet sind. Die Platten können jeweils mindestens fünf Öffnungen aufweisen und jeweils eine längere sowie eine kürzere Seite. Drei Öffnungen der mindestens fünf Öffnungen können entlang der kürzeren Seite angeordnet sein und die restlichen zwei Öffnungen entlang der gegenüberliegenden kürzeren Seite. Durch diese Anordnung der Öffnungen können fünf der sechs Anschlusselemente an dem gleichen Endbereich des erfindungsgemäßen Wärmeübertragers angeordnet werden.
Auch ist es zu bevorzugen, dass die Platten jeweils eine rechteckige Form mit zwei Seiten aufweisen, wobei die Platten jeweils sechs Öffnungen aufweisen und jeweils drei Öffnungen entlang der Seiten gegenüberliegend angeordnet sind. Durch diese Anordnung der Öffnungen sowie die Anzahl der Öffnungen der Platten, können die sechs Anschlusselemente an dem gleichen Endbereich des erfindungsgemäßen Wärmeübertragers angeordnet werden. Durch die Anordnung der Öffnungen jeweils in zwei Reihen zu je 3 Öffnungen wird ein vorteilhafter symmetrischer Aufbau der Platten dargestellt. Was den Aufwand bei der Herstellung senkt, da beim Übereinanderstapeln der Platten nicht auf eine Ausrichtung geachtet werden muss.
Auch ist es zu bevorzugen, dass die Platten die Platten jeweils eine gerade Anzahl von Öffnungen aufweisen, wobei die Öffnungen jeweils symmetrisch angeordnet sind. Unter einer geraden Anzahl von Öffnungen wird verstanden, dass die Anzahl der Öffnungen durch zwei ohne Rest teilbar ist. Und unter symmetrisch wird verstanden, dass ein geometrisches Objekt durch Bewegungen auf sich selbst abgebildet werden kann, also unverändert erscheint. Die Platten können jeweils eine kürzere Seite und eine längere Seite aufweisen. Es ist möglich, dass die Platten jeweils sechs Öffnungen aufweisen. Die sechs Öffnungen können jeweils in zwei Reihen zu je drei Öffnungen entlang der kürzeren Seite gegenüberliegend angeordnet sein. Es ist auch vorstellbar, dass die Platten jeweils acht Öffnungen aufweisen. Die acht Öffnungen können jeweils in zwei Reihen zu je vier Öffnungen entlang der kürzeren Seite gegenüberliegend angeordnet sein. Durch die gerade Anzahl der Öffnungen und durch die symmetrische Anordnung der Öffnungen kann ein vorteilhafter symmetrischer Aufbau der Platten dargestellt werden. Was den Aufwand bei der Herstellung senkt, da beim Übereinanderstapeln der Platten nicht auf eine Ausrichtung geachtet werden muss. Dadurch, dass die Platten jeweils sechs oder acht Öffnungen aufweisen, können Bereiche im erfindungsgemäßen Wärmeübertrage erzeugt werden, in denen das Kältemittel im ersten Strömungskanal im Gegenstrom oder im Gleichstrom zum Kühlmittel im zweiten Strömungskanal strömt. In vorteilhafterweise kann so die Leistung des erfindungsgemäßen Wärmeübertragers noch weiter erhöht werden.
Die Platten des erfindungsgemäßen Wärmeübertragers können jeweils Strukturen aufweisen um die Oberfläche der Platten, die für den Übertrag von Wärme zwischen dem Kältemittel und dem Kühlmittel zur Verfügung steht zu erhöhen. Auf diese Weise kann die Leistung des erfindungsgemäßen Wärmeübertragers noch weiter erhöht werden. Die Strukturen können beispielsweise durch rinnenförmige Vertiefungen oder Erhöhungen dargestellt werden und im Zickzack verlaufen. So kann in den Strömungen von dem Kältemittel und dem Kühlmittel jeweils Turbulenzen und/ oder Verwirbelungen erzeugt werden. Wodurch der Übertrag von Wärme zwischen dem Kältemittel und dem Kühlmittel noch weiter erhöht werden kann und so die Leistung des erfindungsgemäßen Wärmeübertragers noch weiter erhöht werden kann.
Außerdem kann es vorteilhaft sein, dass der zweite Strömungspfad seriell und oder parallel durchströmbar ist. Der zweite Strömungspfad wird durch das Kältemittel durchströmt. Es können auch noch weitere Vorteile erzielt werden, wenn der erste Strömungspfad von dem Kühlmittel seriell oder parallel durchströmbar wird. Auf diese Weise kann der Übertrag von Wärme zwischen den Kältemittel und dem Kühlmittel noch weiter verbessert werden.
Gemäß einer besonders günstigen Weiterbildung der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass der Wärmeübertrager mindestens eine Trennplatte oder eine Trennebene aufweist. Die mindestens eine Trennplatte kann eine Öffnung weniger aufweisen als die Platten. Beispielsweise wenn die Platten sechs Öffnungen aufweisen, weist die mindestens eine Trennebene fünf Öffnungen auf. Es ist möglich, dass die Platten zuerst geprägt werden und dann die Öffnungen gestanzt werden. Dann kann eine Trennplatte hergestellt werden, indem eine Öffnung weniger gestanzt wird. Durch die mindestens eine Trennplatte mit einer Öffnung weniger kann ein Fluid beispielsweise entlang der Blockhöhe umgelenkt werden oder der erste Bereich und zweite Bereich voneinander getrennt werden. Alternativ zu einer Trennplatte kann auch eine Trennebene in einer Öffnung vorgesehen sein. Mittels der mindestens einen Trennplatte oder der Trennebene können Kanäle in den Strömungspfaden blockiert oder umgelenkt werden. Der wesentliche Vorteil des Aufbaus des Wärmeübertrager aus übereinander oder nebeneinander angeordneten Platten ist es, dass die Platten zu einem großen Anteil geometrisch gleich sind und nur die Abdeckplatten sowie die Trennplatten sich von den Platten geometrisch unterscheiden. Dies ermöglicht eine einfache und kostengünstige Herstellung.
Außerdem ist es zu bevorzugen, dass die Strömungspfade jeweils erste Kanäle und letzte Kanäle aufweisen, wobei die Strömung des Kühlmittels der Strömung des Kältemittels jeweils in den ersten Kanälen sowie in den letzten Kanälen entgegen gerichtet ist. Auf diese Weise kann der Übertrag von Wärme zwischen dem Kühlmittel und dem Kältemittel noch weiter erhöht werden und so die Leistung des erfindungsgemäßen Wärmeübertragers noch weiter erhöht werden.
Besonders bevorzugt ist es, wenn der erfindungsgemäße Wärmeübertrager ein indirekter Kondensator ist. In einem indirekten Kondensator kann Wärme auf ein Fluid, beispielweise ein Kühlmittel übertragen werden, indem das Kältemittel an dem Kühlmittel kondensiert wird. Beispielsweise kann ein indirekter Kondensator in einem Wärmemanagementmodul für eine Klimaanlage für ein Kraftfahrzeug verwendet werden, um das Kältemittel zu kondensieren. Durch den Aufbau des indirekten Kondensators aus übereinander oder nebeneinander angeordneten Platten (Plattenwärmeübertrager) weist der Wärmeübertrager eine hohe Leistung auf und ist kostengünstig herstellbar.
Außerdem ist es zu bevorzugen, dass der Sammler mindestens zwei Zylinder aufweist. Wobei die mindestens zwei Zylinder im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind. Die mindestens zwei Zylinder können in Form eines Rohrs dargestellt sein und jeweils beiden Enden mittels eines Deckels verschlossen sein. In dem Sammler können die gasförmigen sowie flüssigen Anteile des Kältemittels voneinander getrennt werden und/ oder das Kältemittel kann gesammelt sowie bevorratet werden. Durch die Aufteilung des benötigen Volumens zum Trennen von gasförmigen sowie flüssigen Anteilen des Kältemittels voneinander und/ oder zum Sammeln sowie Bevorraten des Kältemittels in zwei Zylinder kann die Bauhöhe des Sammlers in vorteilshafterweise reduziert werden und so der benötige Bauraum für den erfindungsgemäßen Wärmeübertrager mit Sammler. Der Sammler kann aus einem metallischen Werkstoff wie beispielsweise Aluminium hergestellt sein. Die zwei Zylinder können beispielsweise durch Extrudieren hergestellt sein und die Deckel jeweils mit den mindestens zwei Zylinders stoffschlüssig verbunden sein. Wobei die mindestens zwei Zylinder miteinander fluidtechnisch verbunden sind. Der Sammler weist zwei Anschlusselemente für den Fluideinlass und den Fluidauslass auf über die der Sammler mit dem Wärmeübertrager fluidtechnisch verbunden ist. Der Sammler dient dazu, in vorteilshafterweise die Effizienz des Kältemittelkreises bei verschiedenen Umgebungsbedingungen zu erhöhen, indem im Sammler Kältemittel gespeichert und wieder bei Bedarf freigegen wird. Die verschiedenen Umgebungsbedingungen können beispielsweise die verschiedenen Jahreszeiten sein. Unter im Wesentlichen wird eine Winkelabweichung von ± 10° und/ oder eine Längenabweichung von ± 1 mm verstanden.
Gemäß einer besonders günstigen Weiterbildung der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass der Sammler einen Zylinder aufweist. Der Zylinder kann beispielsweise durch ein Rohr dargestellt sein und an beiden Enden mittels eines Deckels verschlossen sein. In dem Sammler können die gasförmigen sowie flüssigen Anteile des Kältemittels voneinander getrennt werden und/ oder das Kältemittel kann gesammelt sowie bevorratet werden. Der Sammler kann aus einem metallischen Werkstoff wie beispielsweise Aluminium hergestellt sein. Der Zylinder können beispielsweise durch Extrudieren hergestellt sein und die Deckel jeweils mit dem Zylinder stoffschlüssig verbunden sein. Der Sammler weist zwei Anschlusselement für den Fluideinlass und den Fluidauslass auf über die der Sammler mit dem Wärmeübertrager fluidtechnisch verbunden ist. Der Sammler dient dazu, in vorteilshafterweise die Effizienz des Kältemittelkreislaufs bei verschiedenen Umgebungsbedingungen zu erhöhen, indem im Sammler Kältemittel gespeichert und wieder bei Bedarf freigegen wird. Die verschiedenen Umgebungsbedingungen können beispielsweise die verschiedenen Jahreszeiten sein.
Außerdem kann es vorteilhaft sein, dass im Inneren des Sammlers mindestens ein Filter und/ oder ein Trockenmittel angeordnet ist. Durch den Filter können die weiteren Komponenten wie beispielsweise der erfindungsgemäße Wärmeübertrager vor Beschädigungen und Verunreinigungen geschützt werden. Das Trockenmittel kann beispielsweise ein Trockensäckchen sein. Durch das Trockenmittel ist es möglich, dem Fluid Feuchtigkeit zu entziehen. Auf diese Weise können die Komponenten des Kältemittelkreislaufs vor Korrosion geschützt werden und möglicherweise auftretende Funktionsstörungen des Kältemittelkreises durch Wasser verhindert werden. Der mindestens eine Filter und/ oder ein Trockenmittel kann im beispielsweise im Zylinder des Sammlers angeordnet sein.
Es ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Wärmemanagementmodul für ein Kraftfahrzeug zumindest einen Kompressor oder zumindest eine Pumpe, zumindest ein Expansionsventil, zumindest einen erfindungsgemäßen Wärmeübertrager mit Sammler aufweist. Der erfindungsgemäße Wärmeübertrager mit Sammler ist nach einem der weiter oben beschriebenen Ausführungsbeispiele ausgeprägt sowie der erfindungsgemäße Wärmeübertrager und Sammler sind getrennt räumlich voneinander angeordnet. Der erfindungsgemäße Wärmeübertrager kann ein indirekter Kondensator sein. Das erfindungsgemäße Wärmemanagementmodul kann in einem Kraftfahrzeug mit einem zumindest teilweisen elektrischen Antrieb verwendet werden. Die Karosserie eines Kraftzeugs definiert den zur Verfügung stehenden Bauraum für alle Systeme und Komponenten eines Kraftfahrzeugs. In dem erfindungsgemäßen Wärmemanagementmodul können verschiedene thermische Kreisläufe des Kraftfahrzeuges mit zumindest teilweisem elektrischem Antrieb kombiniert werden. Dies können beispielsweise sein: der Kühlmittelkreislauf für die Batterie, der Kühlmittelkreislauf für den elektrischen Antrieb, der Kältemittelkreislauf für die Klimatisierung des Innenraums und der Kältemittelkreislauf einer Wärmepumpe. Durch die Kombination von den thermischen Kreisläufen in dem erfindungsgemäßen Wärmemanagementmodul kann die Effizienz des Kraftfahrzeugs mit zumindest teilweisem elektrischem Antrieb erhöht werden, indem die benötigte Energie zum Heizen und Kühlen, die der Batterie sonst entnommen wird, verkleinert wird. Dies kann beispielsweise durch die Kombination eines Kühlmittelkreises für die Batterie und eines Kältemittelkreises für eine Wärmepumpe erfolgen. Zudem können durch die Integration von den Bauteilen in das erfindungsgemäße Wärmemanagementmodul benötigte Leitungen für das Kältemittel und/ oder das Kühlmittel verringert werden. So kann in vorteilhafterweise der benötigte Bauraum für das Wärmemanagementmodul verkleinert werden sowie das Gewicht reduziert werden. Durch den Entfall von Leitungen kann zusätzlich die Füllmenge von Kühlmittel und/ oder Kältemittel verkleinert werden. Der erfindungsgemäße Wärmeübertrager und der Sammler sind getrennt voneinander angeordnet und so kann der benötigte Bauraum für das Wärmemanagementmodul in vorteilhafterweise noch weiter verkleinert werden. Durch das Zusammenfassen der Bauteile zu einem erfindungsgemäßen Wärmemanagementmodul kann der Aufwand bei der Montage des erfindungsgemäßen Wärmemanagementmoduls verkleinert werden. Es ist möglich, dass das erfindungsgemäße Wärmemanagementmodul noch weitere Bauteile aufweist wie beispielsweise: 2-Wege Ventile, 3-Wege-Ventile, einen weiteren Wärmeübertrager (beispielsweise einen Chiller) und eine Steuerung. Das erfindungsgemäße Wärmemanagementmodul kann in einem Kältemittelkreis und/ oder einem Kühlmittelkreis verwendet werden.
In einem ersten Ausführungsbeispiel kann das erfindungsgemäße Wärmemanagementmodul einen Kompressor, ein Expansionsventil, einen erfindungsgemäßen Wärmeübertrager mit Sammler aufweisen.
In einem zweiten Ausführungsbeispiel kann das erfindungsgemäße Wärmemanagementmodul einen Kompressor, ein Expansionsventil, einen erfindungsgemäßen Wärmeübertrager mit Sammler, eine Pumpe und einen weiteren Wärmeübertrager aufweisen.
Es ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Kältemittelkreis und/ oder Kühlmittelkreis mindestens ein erfindungsgemäßes Wärmemanagementmodul aufweist. In einer ersten erfindungsgemäßen Verwendung kann ein erfindungsgemäße Wärmemanagementmodul in einem Kühlmittelkreis für ein Kraftfahrzeug verwendet werden. Das Kraftfahrzeug kann einen zumindest teilweisen elektrischen Antrieb aufweisen. Der erfindungsgemäße Kühlmittelkreis kann mindestens eine Wärmequelle wie beispielsweise einen Elektromotor aufweisen und von einem Kühlmittel wie beispielsweise Öl durchströmt werden. Um eine möglichst hohe Leistung des Elektromotors zu erreichen und Energieverluste zu vermeiden, muss die beim Betrieb des Elektromotors entstehende Wärme möglichst schnell abgeführt werden. Einer vorzeitigen Alterung des Öls kann vorgebeugt werden, indem möglichst konstant die Wärme abgeführt wird. Das erfindungsgemäße Wärmemanagementmodul kann eine Pumpe, ein Expansionsventil, einen erfindungsgemäße Wärmeübertrager mit Sammler aufweisen. Das Öl kann den ersten Strömungspfad und ein weiteres Fluid den zweiten Strömungspfad des erfindungsgemäßen Wärmeübertragers durchströmen. Bei dem weiteren Fluid kann es sich beispielsweise um Kohlendioxid (R744) oder Propan (R255) handeln. Auf diese Weise ist es möglich, die Wärme von dem Öl auf das weitere Fluid zu übertragen. Mittels der Pumpe kann das Öl durch den Kühlmittelkreis bewegt werden. Die Pumpe erzeugt einen Druck, der das Kühlmittel von der Wärmequelle zum erfindungsgemäßen Wärmeübertrager und zurücktransportiert. Das Expansionsventil reguliert den Druck und die Temperatur des Öls, das durch den erfindungsgemäßen Kühlmittelkreis zirkuliert. Durch die Integration der Pumpe, dem Expansionsventil und dem erfindungsgemäßen Wärmeübertrager mit Sammler in das erfindungsgemäße Wärmemanagementmodul können in vorteilhafterweise Leitungen im Kühlmittekreislauf für das Kühlmittel eingespart werden. Durch die räumliche Trennung von dem erfindungsgemäßen Wärmeübertrager und dem Sammler kann das erfindungsgemäße Wärmemanagementmodul an den vorhandenen Bauraum im Kraftfahrzeug angepasst werden.
In einer zweiten erfindungsgemäßen Verwendung kann ein erfindungsgemäßes Wärmemanagementmodul in einem Kältemittelkreis in einem Kraftfahrzeug verwendet werden. Das Kraftfahrzeug kann einen zumindest teilweisen elektrischen Antrieb aufweisen. Der erfindungsgemäße Kältemittelkreis kann Teil eines Wärmepumpensystems sein. Bei einem Kraftfahrzeug mit zumindest teilweisem elektrischem Antrieb muss die Energie, die zum Heizen von beispielsweise dem Innenraum benötigt wird aus der Batterie entnommen werden. Und diese Entnahme von Energie senkt die mögliche Reichweite des Kraftfahrzeugs. Mittels eines Wärmepumpensystems kann die notwendige Wärme zum Heizen des Innenraums aus der Umgebung gewonnen werden und so die Reichweite des Kraftfahrzeugs mit zumindest teilweisem elektrischem Antrieb vergrößert werden. Ein Wärmepumpensystem kann mindestens aus drei Teilen bestehen: einer Wärmequelle, die der Umgebung Wärme entzieht, mindestens einer Wärmepumpe mit dem erfindungsgemäßen Kältemittelkreis und mindestens einem Wärmeverbraucher, der Wärme beispielsweise in einem Kraftfahrzeug verteilt, um den Innenraum oder die Batterie zu beheizen. Als Wärmequelle kann beispielsweise Luft verwendet werden. Der Kältemittelkreis kann von einem Kältemittel wie beispielsweise Kohlendioxid (R744) oder Propan (R245) durchströmt werden. Mittels eines Wärmeübertragers der als direkter Verdampfer dargestellt ist kann der Luft Wärme entzogen werden, indem das Kältemittel verdampft wird. Das erfindungsgemäße Wärmemanagementmodul kann einen Kompressor, ein Expansionsventil und einen erfindungsgemäßen Wärmeübertrager mit Sammler aufweisen. In dem erfindungsgemäßen Wärmeübertrager kann das Kältemittel kondensiert werden und die Wärme auf einen weiteres Fluid abgeben. Der erfindungsgemäße Wärmeübertrager kann so als indirekter Kondensator betrieben werden. In dem Kompressor kann das Kältemittel verdichtet werden und so der Druck des Kältemittels erhöht werden und in dem Expansionsventil kann der Druck des Kältemittels wieder reduziert werden. Das gasförmige Kältemittel kann im zweiten Bereich des ersten Strömungspfads des erfindungsgemäßen Wärmeübertragers weiter überhitzt werden und so noch eventuell vorhandene flüssige Anteile verdampft werden. Ein Eintreten von flüssigen Anteilen des Kältemittels in den Kompressor kann so verhindert werden und so die Leistung des erfindungsgemäßen Kältemittelkreislaufs verbessert werden. Da mehr Leistung übertragen werden kann. Das flüssige Kältemittel kann noch weiter unterkühlt werden und so noch eventuell vorhandene gasförmige Anteile verflüssigt werden. Ein Eintreten von gasförmigen Anteilen in das Expansionsventil kann so verhindert werden. Durch die Integration des Kompressors, dem Expansionsventil und dem erfindungsgemäßen Wärmeübertrager mit Sammler in das erfindungsgemäße Wärmemanagementmodul können in vorteilhafterweise Leitungen im erfindungsgemäßen Kältemittekreis für das Kältemittel eingespart werden. Durch die räumliche Trennung von dem erfindungsgemäßen Wärmeübertrager und dem Sammler kann das erfindungsgemäße Wärmemanagementmodul an den vorhandenen Bauraum im Kraftfahrzeug angepasst werden.
In einer dritten erfindungsgemäßen Verwendung kann das erfindungsgemäße Wärmemanagementmodul in einem Kühlmittelkreis und einem Kältemittelkreislauf in einem Kraftfahrzeug mit zumindest teilweisem elektrischem Antrieb verwendet werden. Der erfindungsgemäße Kühlmittelkreis kann mindestens eine Wärmequelle wie beispielsweise eine Batterie aufweisen und von einem Kühlmittel durchströmt werden. Die Pumpe, das Expansionsventil, der erfindungsgemäße Wärmeübertrager sind in das erfindungsgemäße Wärmemanagementmodul integriert. Bei Kraftfahrzeugen mit zumindest teilweisem elektrischem Antrieb sollte die Batterie sowie der elektrische Antriebsmotor stets bei einem konstanten Temperaturniveau gehalten werden, um eine möglichst lange Lebensdauer zu erreichen und die volle Leistung zu erhalten. Bei hohen Temperaturen in der Umgebung ist es möglich, dass dazu die Leistung des Kühlers (indirekter Kondensator) im Kühlmittelkreislauf nicht ausreicht. In diesem Fall kann ein weiterer Wärmeübertrager in das erfindungsgemäße Wärmemanagementmodul integriert werden. Der erste Strömungspfad des erfindungsgemäßen Wärmeübertragers kann in den Kühlmittelkreis eingebunden werden und der zweite Strömungspfad kann in den Kältemittelkreis eingebunden werden. Da das Kältemittel kühler ist kann das Kühlmittel so weit herunter gekühlt werden, dass die Batterie und der Antriebsmotor auf einem konstanten Temperaturniveau gehalten werden können. Der weitere Wärmeübertrager wird so als Chiller verwendet. Durch die Integration der Pumpe, dem Expansionsventil, dem erfindungsgemäßen Wärmeübertrager und dem weiteren Wärmeübertrager mit Sammler in das erfindungsgemäße Wärmemanagementmodul können in vorteilhafterweise Leitungen im Kühlmittekreislauf für das Kühlmittel sowie in dem Kältemittelkreislauf für das Kältemittel eingespart werden. Durch die räumliche Trennung von dem erfindungsgemäßen Wärmeübertrager und dem Sammler kann das erfindungsgemäße Wärmemanagementmodul an den vorhandenen Bauraum im Kraftfahrzeug angepasst werden. Der erfindungsgemäße Kühlmittelkreislauf kann von einem Kühlmittel durchströmt werden, das eine Mischung aus Wasser und Glykol ist. Der erfindungsgemäße Kältemittelkreis kann von einem Kältemittel durchströmt werden. Als Kältemittel kann Kohlendioxid (R744) oder Propan (R245) verwendet werden.
In den Zeichnungen zeigen:

1 Dargestellt ist eine schematische Ansicht des erfindungsgemäßen Wärmeübertragers in zwei erfindungsgemäßen Ausführungen mit Sammler, der geeignet ist, ein Kältemittel zu kondensieren, es zu bevorraten und weiterhin zu unterkühlen, wobei der Sammler und der Wärmeübertrager jeweils getrennt voneinander sind.
2 Dargestellt ist jeweils die Draufsicht auf Platten in zwei erfindungsgemäßen Ausführungen.
3 Dargestellt ist die Draufsicht auf ein Wärmemanagementmodul in einer ersten erfindungsgemäßen Ausführung.

In 1 ist eine schematische Ansicht des erfindungsgemäßen Wärmeübertragers WT mit Sammler S in einer ersten erfindungsgemäßen Ausführung bzw. in einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführung dargestellt. In einem nicht dargestellten Wärmemanagementmodul für einen Kältemittelkreis und/ oder Kühlmittelkreis in einem Kraftfahrzeug kann der erfindungsgemäße Wärmeübertrager WT mit Sammler S verwendet werden. Der erfindungsgemäße Wärmeübertrager WT wird aus einer Vielzahl von Platten P, die übereinander in einem Plattenstapel gestapelt sind, gebildet. Die Platten P sind zu einem großen Teil geometrisch gleich und nur jeweils an den Enden des Plattenstapels angeordneten Abdeckplatten AD1, AD2 und im Plattenstapel nicht gezeigte angeordnete Trennplatten weichen von den Platten P geometrisch ab. Die Platten P sowie die Abdeckplatten AD1, AD2 sowie nicht dargestellte Trennplatten des erfindungsgemäßen Wärmeübertrager WT weisen einen metallischen Werkstoff wie beispielsweise eine Aluminiumlegierung auf und sind beispielsweise stoffschlüssig mittels Hartlötens miteinander verbunden. Dies ermöglicht eine einfache und kostengünstige Produktion.
In der 1 ist der erfindungsgemäße Wärmeübertrager WT mit Sammler S nur durch eine Prinzipskizze angedeutet. Die einzelnen Bereiche des Wärmeübertragers WT wie der erste Bereich EK und der zweite Bereich UK sind in der 1 nur als quaderförmiges Element dargestellt. In Wirklichkeit besteht jedes der quaderförmigen Elemente aus einer Vielzahl von Platten P. Die Platten P weisen jeweils mindestens fünf Öffnungen O auf. Weitere optionale Öffnungen O der Platten P sind jeweils gestrichelt dargestellt. Die Platten P weisen jeweils eine rechteckige Form mit einer längeren und einer kürzeren Seite auf. Drei der mindestens fünf Öffnungen O sind jeweils auf einer kürzeren Seite der Platten P angeordnet und die mindestens zwei weiteren Öffnungen O sind auf der gegenüberliegenden kürzeren Seite angeordnet. Die Platten P weisen einen nicht dargestellten hochgezogenen Rand auf. Ein Teil der Öffnungen O kann von nicht dargestellten Domen umgeben sein. Durch eine spezielle Anordnung von nicht dargestellten Öffnungen mit Domen bilden sich zwischen zwei zueinander angrenzenden Platten P nicht gezeigte Hohlräume voneinander fluidtechnisch getrennt werden. Die Platten P können jeweils nicht gezeigte Strukturen aufweisen. Zwischen den Platten P entstehen nicht gezeigte Kanäle. Ein erster Teil der nicht dargestellten Kanäle ist dem ersten Strömungspfad SP1 und ein zweiter Teil der nicht gezeigten Kanäle dem zweiten Strömungspad SP2 zugeordnet. Es ist möglich, dass der nicht gezeigte erste Teil der Kanäle und der nicht dargestellte zweite Teil der Kanäle immer alternierend übereinander im Plattenstapel angeordnet ist. Der erste Strömungspfad SP1 wird von einem Kühlmittel durchströmt und ist als gestrichelte Linie nur schematisch dargestellt. Als Kühlmittel kann beispielsweise eine Mischung aus Wasser und Glykol verwendet werden. Der zweite Strömungspfad SP2 wird von einen Kältemittel durchströmt und ist als durchgezogene Linie nur schematisch dargestellt. Bei dem Kältemittel kann es sich beispielsweise um R1234yf oder Kohlendioxid (R744) handeln. Diese Darstellung soll das Prinzip der Durchströmung des erfindungsgemäßen Wärmeübertragers WT mit Sammler S darstellen. Der zweite Strömungspfad SP2 des erfindungsgemäßen Wärmeübertragers WT besteht aus einem ersten Bereich EK und einem zweiten Bereich UK. Der erste Bereich EK dient zur Erhitzung des Kältemittels aus einer dampfförmigen Phase in eine flüssige Phase. Durch den Übertrag von Wärme von dem Kältemittel auf das Kühlmittel wird das Kältemittel enthitzt und kondensiert. Das Kühlmittel durchströmt den ersten Bereich WK auf dem ersten Strömungspfad SP1. Das Kältemittel wird entlang der Blockhöhe des erfindungsgemäßen Wärmeübertragers WK im ersten Bereich EK einmal umgelenkt. Über den ersten Bereich WK ist der zweite Bereich UK angeordnet. In dem zweiten Bereich UK wird das flüssige Kältemittel durch einen weiteren Übertrag von Wärme auf das Kühlmittel weiter abgekühlt. Das Kühlmittel durchströmt den zweiten Bereich auf dem ersten Strömungspfad SP1. Der Sammler S ist getrennt neben dem Wärmeübertrager WT angeordnet. Das Kältemittel durchströmt zuerst den ersten Bereich EK und dann die zweiten Bereich UK. Der Sammler S ist ebenfalls schematisch dargestellt und weist einen Zylinder Z1 auf. Der Sammler S wird von dem Kältemittel S durchströmt. Es ist möglich, dass im Sammler S ein Filterelement angeordnet ist, um das Kältemittel zu filtern und/ oder im Sammler S ein Trockenmittel wie ein Trockensäckchen angeordnet ist, um dem Kältemittel Feuchtigkeit zu entziehen. Aufgabe des Sammlers ist es die gasförmige sowie flüssige Anteile des Kältemittels voneinander zu trennen und/ oder das Kältemittel zu Sammeln sowie zu Bevorraten. Der erfindungsgemäße Wärmeübertrager weist sechs Anschlusselemente auf. Drei der sechs Anschlusselement sind drei Fluideinlässe WE1, WE2, WE3 und die restlichen drei Anschlusselemente sind die drei Fluidauslässe WA1, WA2, WA3. Die Anschlusselemente sind in den Abdeckplatten AD1, AD2 angeordnet. Über den ersten Fluideinlass WE1 und den ersten Fluidauslass WA1 wird das Kühlmittel zugeführt sowie abgeführt und durchströmt den ersten Bereich WK sowie den zweiten Bereich UK seriell. Über den zweiten Fluideinlass WE2 wird das Kältemittel dem ersten Bereich EK zugeführt und über den zweiten Fluidauslass WA2 abgeführt und über den Fluideinlass SE des Sammlers S in den Sammler S geführt. Beispielsweise mittels zweier Öffnungen mit Domen kann das Kältemittel durch den zweiten Bereich UK in den ersten Bereich EK geführt werden. Über den Fluidauslass SA des Sammler S wird das Kältemittel aus dem Sammler S abgeführt und über den Fluideinlass WA3 dem zweiten Bereich UK des Wärmeübertragers WK zugeführt. Aus dem zweiten Bereich UK wird das Kältemittel über den dritten Fluideinlass WA3 wieder abgeführt.
In 1.1 ist eine Draufsicht auf den erfindungsgemäßen Wärmeübertrager in einer ersten erfindungsgemäßen Ausführung dargestellt. Die Platten P weisen jeweils fünf Öffnungen O auf. Fünf der sechs Anschlusselemente sind am oberen Endbereich des Plattenstapels des erfindungsgemäßen Wärmeübertragers WT angeordnet. Das sechste Anschlusselement ist am unteren (gegenüberliegenden) Endbereich des Plattenstapels angeordnet. Die fünf Anschlusselemente die, die drei Fluideinlässe WE1, WE2, WE3 und die zwei drei Fluidauslässe WA1, WA2 bilden sind am oberen Endbereich des Plattenstapels angeordnet. Das sechste Anschlusselement, das den dritten Fluidauslass WA3 bildet, ist am unteren Endbereich des Plattenstapels angeordnet. Durch die getrennte Anordnung von Wärmeübertrager WK und Sammler S wird eine vorteilhafte kompakte Bauart erreicht, die eine vorteilhafte kleine Bauhöhe aufweist.
In 1.1 ist eine Draufsicht auf den erfindungsgemäßen Wärmeübertrager in einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführung dargestellt. Die Platten P weisen jeweils sechs Öffnungen O auf. Jeweils drei Öffnungen O sind entlang der kürzen Seiten angeordnet. Die sechs Anschlusselemente sind am oberen Endbereich des Plattenstapels des erfindungsgemäßen Wärmeübertragers WT angeordnet. Die sechs Anschlusselemente die, die drei Fluideinlässe WE1, WE2, WE3 und die drei Fluidauslässe WA1, WA2, WA3 bilden sind am gleichen Endbereich des Plattenstapels angeordnet. Am oberen Endbereich des Plattenstapels sind die sechs Anschlusselemente angeordnet. Durch die getrennte Anordnung von Wärmeübertrager WK und Sammler S sowie die Anordnung von allen sechs Anschlusselementen am gleichen Endbereich des Plattenstapels wird eine noch kompaktere Bauart erreicht, die eine noch kleinere Bauhöhe aufweist.
Dargestellt ist in 2 jeweils eine Platte P in einer erfindungsgemäßen Ausführung bzw. in einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführung. Die Patte P weist eine rechteckige Form mit einer kürzen Seite und einer längeren Seite auf. Ein hochgezogener umlaufender Rand begrenzt die Fläche der Platte P. Die Platte P kann nicht gezeigte Strukturen aufweisen um die Oberfläche, die für den Übertrag von Wärme zur Verfügung steht zu vergrößern. Durch die nicht gezeigten Strukturen können der erste Teil der Kanäle sich zwischen den Platten bilden, die dem ersten Strömungspfad zugeordnet sind (nicht gezeigt) und durch die nicht gezeigten Strukturen können der zweite Teil der Kanäle sich zwischen den Platten P bilden, die dem zwei Strömungspfad zugeordnet sind (nicht gezeigt). Die Platten P weisen jeweils mindestens fünf Öffnung O auf und die Platte P können jeweils weitere optionale Öffnungen O aufweisen. Die optionalen Öffnungen O sind gestrichelt dargestellt. Ein Teil der Öffnungen O kann von ein Dom DO umgeben sein. Drei Öffnungen O der mindestens fünf Öffnungen O sind entlang der kürzeren Seite angeordnet.
In 2.1 ist die Draufsicht auf eine Platte P in einer ersten erfindungsgemäßen Ausführung dargestellt. Die Platte P weist fünf Öffnungen O sowie eine optionale Öffnung O auf. Vier Öffnungen O sind entlang der kürzeren Seite angeordnet und eine der zwei inneren Öffnungen O ist die optionale Öffnung O. Auf der gegenüberliegenden Seite der vier Öffnungen sind zwei Öffnungen O angeordnet.
In 2.2 ist die Draufsicht auf eine Platte in einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführung dargestellt. Die Platte P weist sechs Öffnungen O sowie zwei optionale Öffnungen auf. Jeweils vier Öffnungen sind entlang der kürzen Seite angeordnet. Eine der inneren Öffnungen ist die optionale Öffnung O. Auf diese Weise weist die Platte eine symmetrische Anordnung der Öffnungen O auf, um die Herstellung des Wärmeübertragers zu vereinfachen. Mindestens zwei der Öffnungen O sind von einem Dom DO umgeben.
In 3 ist ein Wärmemanagementmodul 100 in einer ersten erfindungsgemäßen Ausführung dargestellt. Das Wärmemanagementmodul 100 weist einen erfindungsgemäßen Wärmeübertrager WT mit Sammler S beispielsweise in der ersten erfindungsgemäßen Ausführung auf, einen Kompressor KP und ein Expansionsventil EP. Der Sammler S ist getrennt von dem Wärmeübertrager WT angeordnet und ist beabstandet zu dem Wärmeübertrager WT. Der Kompressor KP, das Expansionsventil EV, der Wärmeübertrager WT und der Sammler S sind mit einer Verteilerplatte VP verbunden. Die Verteilerplatte VP weist die notwendigen Kanäle auf (nicht gezeigt) um die Bauteile fluidtechnisch zu verbinden. Das in 3 dargestellt Wärmemanagementmodul 100 kann jeweils Teil eines nicht gezeigten Kältemittelkreis und/ oder Kühlmittelkreises für ein Kraftfahrzeug sein. In dem Wärmeübertrager WT kann ein nicht dargestelltes Kältemittel kondensiert werden und die Wärme auf ein nicht gezeigtes Kühlmittel abgeben werden. Der Wärmeübertrager WT kann so als indirekter Kondensator betrieben werden. In dem Kompressor KP kann ein nicht dargestelltes Kältemittel verdichtet werden und so der Druck des nicht gezeigten Kältemittels erhöht werden und in dem Expansionsventil EP kann der Druck des nicht gezeigten Kältemittels wieder reduziert werden. In dem Sammler S kann, das die gasförmige sowie die flüssigen Phasen des Kältemittels voneinander getrennt werden und/ oder das Kältemittel bevorratet sowie gespeichert werden (nicht dargestellt). Der Sammler S wird im Wesentlichen durch den Zylinder Z1 gebildet. Durch die Integration des Kompressors KP, dem Expansionsventil EV und dem erfindungsgemäßen Wärmeübertrager WT mit Sammler S in das erfindungsgemäße Wärmemanagementmodul 100 können in vorteilhafterweise Leitungen im Kältemittekreis und oder Kühlmittelkreis (beides nicht gezeigt) eingespart werden und durch die Integration der Bauteile in einem Wärmemanagementmodul kann der Bedarf an Bauraum verkleinert werden. Dadurch, dass der Sammer S und der Wärmeübertrager WT getrennt sind, kann in vorteilhafterweise die Bauhöhe des Wärmemanagement 100 verkleinert werden und er zur Verfügung stehende Bauraum innerhalb der Karosserie eines Kraftfahrzeugs kann in vorteilhafterweise besser ausgenützt werden.
Bezugszeichenliste

WT: Erfindungsgemäßer Wärmeübertrager
P: Platten des erfindungsgemäßen Wärmeübertragers
O: Öffnung der Platten
DO: Dom der eine Öffnung umgibt
VP: Verteilerplatte
TP: Trennplatte
TE: Trennebene
SP1, SP2: Strömungspfade für ein Kühlmittel und ein Kältemittel
AP1, AP2: Abdeckplatten des erfindungsgemäßen Wärmeübertragers
EK: ersten Bereich zur Enthitzung und Kondensation des dampfförmigen Kältemittels
UK: zweiten Bereich zur Unterkühlung des kondensierten Kältemittels aufweist
WE1, WE2, WE3: Fluideinlässe der Strömungspfade/ des erfindungsgemäßen Wärmeübertragers
WA1, WA2, WA3: Fluidauslässe der Strömungspfade/ des erfindungsgemäßen Wärmeübertragers
S: Sammler zum Trennen von gasförmigen sowie flüssigen Anteilen des Kältemittels voneinander und/ oder zum Sammeln sowie Bevorraten des Kältemittels
SE: Fluideinlass des Sammlers
SA: Fluidauslass des Sammlers
Z1, Z2: Zylinder des Sammlers
100: Erfindungsgemäßes Wärmemanagementmodul
KP: Kompressor
PU: Pumpe
EV: Expansionsventil

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10 2012 217 090 A1 [0002]

Claims

Wärmeübertrager (WT) insbesondere für ein Wärmemanagementmodul (100) eines Kraftfahrzeugs aufweisend: - eine Vielzahl von Platten (P) - einen ersten Strömungspfad (SP1) für ein Kühlmittel - einen zweiten Strömungspfad (SP2) für ein Kältemittel - einen Sammler (S) zum Trennen von gasförmigen sowie flüssigen Anteilen des Kältemittels voneinander und/ oder zum Sammeln sowie Bevorraten des Kältemittels - sechs Anschlusselemente welche die Fluideinlässe (WE1, WE2, WE3) sowie die Fluidauslässe (WA1, WA2, WA3) der zwei Strömungskanäle (SP1, SP2) bilden - wobei die Platten (P) übereinander oder nebeneinander angeordnet sind, so dass sich zwischen zueinander angrenzenden Platten (P) Kanäle ausbilden - wobei ein erster Teil der Kanäle dem ersten Strömungspfad (SP1) zugeordnet sind - wobei ein zweiter Teil der Kanäle dem zweiten Strömungspfad (SP2) zugeordnet sind - wobei der zweite Strömungspfad (SP2) einen ersten Bereich (EK) zur Enthitzung und Kondensation des dampfförmigen Kältemittels aufweist - wobei der zweite Strömungspfad (SP2) einen zweiten Bereich (UK) zur Unterkühlung des kondensierten Kältemittels aufweist - wobei ein weiteres Anschlusselement als Fluideinlass (SE) des Sammlers (S) mit dem ersten Bereich (EK) fluidtechnisch verbunden ist, wobei ein weiteres Anschlusselement als Fluidauslass (SA) des Sammlers (S) mit dem zweiten Bereich (UK) fluidtechnisch verbunden ist - wobei das Kältemittel aus dem ersten Bereich (EK) in den zweiten Bereich (UK) über den Sammler (S) strömt, dadurch gekennzeichnet, dass die Platten (P) jeweils mindestens fünf Öffnungen (O) aufweisen, wobei mindestens fünf der sechs Anschlusselemente (WE1, WE2, WE3, WA1, WA2, WA3) jeweils am gleichen Endbereich des Plattenstapels des Wärmeübertragers (WT) angeordnet sind.
Wärmeübertrager (WT) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sammler (S) sowie der Wärmeübertrager (WT) getrennt voneinander sind und/ oder beabstandet sind zueinander.
Wärmeübertrager (WT) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das die Platten (P) jeweils mindestens sechs Öffnungen (O) aufweisen und die sechs Anschlusselemente (WE1, WE2, WE3, WA1, WA2, WA3) jeweils am gleichen Endbereich des Plattenstapels des Wärmeübertragers (WT) angeordnet sind.
Wärmeübertrager (WT) nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeübertrager (WT) mindestens eine Verteilerplatte (VP) aufweist.
Wärmeübertrager (WT) nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Kältemittel im ersten Bereich (EK) mindestens einmal entlang der Blockhöhe des Wärmeübertragers (WT) umgelenkt wird.
Wärmeübertrager (WT) nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Platten (P) jeweils eine rechteckige Form mit zwei Seiten aufweisen, wobei mindestens drei Öffnungen (O) entlang einer Seite angeordnet sind.
Wärmeübertrager (WT) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Platten jeweils eine gerade Anzahl von Öffnungen (O) aufweisen, wobei die Öffnungen (O) jeweils symmetrisch angeordnet sind.
Wärmeübertrager (WT) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Strömungspfad (SP2) seriell und/ oder parallel durchströmbar ist.
Wärmeübertrager (WT) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeübertrager (WT) mindestens eine Trennplatte (TP) oder eine Trennebene (TE) aufweist.
Wärmeübertrager (WT) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungspfade (SP1, SP2) jeweils erste Kanäle und letzte Kanäle aufweisen, wobei die Strömung des Kühlmittels der Strömung des Kältemittels jeweils in den ersten Kanälen sowie in den letzten Kanälen entgegen gerichtet ist.
Wärmeübertrager (WT) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeübertrager (WT) ein indirekter Kondensator ist.
Wärmeübertrager (WT) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sammler (S) mindestens zwei Zylinder (Z1, Z2) aufweist, wobei die mindestens zwei Zylinder (Z1, Z2) im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind, wobei die mindestens zwei Zylinder (Z1, Z2) miteinander fluidtechnisch verbunden sind.
Wärmeübertrager (WT) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Sammler (S) einen Zylinder (Z1) aufweist.
Wärmemanagementmodul (100) für ein Kraftfahrzeug aufweisend zumindest einen Kompressor (KP) oder zumindest eine Pumpe (PU), zumindest ein Expansionsventil (EV), zumindest einen Wärmeübertrager (WT) umfassend einen Sammler (S) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 13.
Kältemittelkreis und/ oder Kühlmittelkreis für ein Kraftfahrzeug aufweisend mindestens ein Wärmemanagementmodul (100) nach Anspruch 14.