DE102022004555A1

DE102022004555A1 - Device for tempering two media

Info

Publication number: DE102022004555A1
Application number: DE102022004555.9A
Authority: DE
Inventors: Bernhard Stahl
Original assignee: Truma Geraetetechnik GmbH and Co KG
Current assignee: Truma Geraetetechnik GmbH and Co KG
Priority date: 2022-12-05
Filing date: 2022-12-05
Publication date: 2024-06-06
Also published as: EP4630734A1; WO2024120811A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Temperieren zweier Medien. Eine erste Fördervorrichtung (2) leitet ein erstes zu temperierendes Medium und eine zweite Fördervorrichtung (3) leitet ein zweites zu temperierendes Medium durch den Wärmetauscher (1). Eine Temperierungsvorrichtung (20) gibt thermische Energie ab oder führt sie ab. Zudem ist die Temperierungsvorrichtung (20) thermisch mit dem Wärmetauscher (1) gekoppelt.

The invention relates to a device for tempering two media. A first conveying device (2) conveys a first medium to be tempered and a second conveying device (3) conveys a second medium to be tempered through the heat exchanger (1). A tempering device (20) releases or dissipates thermal energy. In addition, the tempering device (20) is thermally coupled to the heat exchanger (1).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Temperieren zweier Medien. Die beiden Medien sind beispielsweise eine Flüssigkeit und ein Gas. So handelt es sich insbesondere um die Medien Brauchwasser und Raumluft.The present invention relates to a device for controlling the temperature of two media. The two media are, for example, a liquid and a gas. In particular, these are the media service water and room air.

Im Stand der Technik sind unterschiedliche Gerätschaften bekannt, um Raumluft zu temperieren. Dies sind beispielsweise unterschiedliche Varianten von Heizungen, die die Raumluft somit nur erwärmen können. Alternativ sind Klimageräte bekannt, die in Abhängigkeit von der Richtung, in welcher ihr Kühlkreislauf durchlaufen wird, entweder kühlen oder wärmen können. Ist die Ausrichtung stärker auf das Erwärmen als auf das Kühlen gerichtet, so spricht man auch von Wärmepumpen. Weiterhin unterscheiden sich Klimageräte und Wärmepumpen darin voneinander, dass die Klimageräte zwei Wärmetauscher aufweisen, die thermische Energie auf Luft übertragen bzw. von der Luft beziehen. Für Luft/Luft-Wärmepumpen ist ein Wärmetauscher ausreichend. Bekannt sind auch Wärmepumpen, die einseitig mit einer Sole verbunden sind. Auch sind Vorrichtungen, wie z.B. Boiler oder Durchlauferhitzer bekannt, um eine Flüssigkeit, z. B. Wasser zu erhitzen. Weiterhin sind Gerätschaften bekannt, die sowohl Luft als auch Wasser erwärmen können. Dabei ist es ggf. schwierig einzustellen, wieviel thermische Energie auf welches Medium übertragen werden soll.In the state of the art, different devices are known for controlling the temperature of room air. These are, for example, different types of heaters, which can only heat the room air. Alternatively, air conditioning units are known that can either cool or heat depending on the direction in which their cooling circuit is run through. If the focus is more on heating than cooling, they are also referred to as heat pumps. Air conditioning units and heat pumps also differ from each other in that air conditioning units have two heat exchangers that transfer thermal energy to air or take it from the air. For air/air heat pumps, one heat exchanger is sufficient. Heat pumps that are connected to a brine on one side are also known. Devices such as boilers or instantaneous water heaters are also known for heating a liquid, e.g. water. Devices are also known that can heat both air and water. It can be difficult to set how much thermal energy should be transferred to which medium.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, eine Vorrichtung zum Temperieren von mindestens zwei Medien vorzuschlagen, wobei möglichst präzise die Verteilung der thermischen Energie einstellbar ist.The object underlying the invention is to propose a device for tempering at least two media, wherein the distribution of the thermal energy can be adjusted as precisely as possible.

Die Erfindung löst die Aufgabe durch eine Vorrichtung zum Temperieren zweier Medien, mit mindestens einem Wärmetauscher, mindestens zwei Fördervorrichtungen und mindestens einer Temperierungsvorrichtung, wobei eine erste Fördervorrichtung ein erstes zu temperierendes Medium durch den Wärmetauscher leitet, wobei eine zweite Fördervorrichtung ein zweites zu temperierendes Medium durch den Wärmetauscher leitet, wobei die Temperierungsvorrichtung thermische Energie zu- oder abführt, und wobei die Temperierungsvorrichtung mittelbar oder unmittelbar thermisch mit dem Wärmetauscher gekoppelt ist.The invention solves the problem by a device for tempering two media, with at least one heat exchanger, at least two conveying devices and at least one tempering device, wherein a first conveying device guides a first medium to be tempered through the heat exchanger, wherein a second conveying device guides a second medium to be tempered through the heat exchanger, wherein the tempering device supplies or removes thermal energy, and wherein the tempering device is indirectly or directly thermally coupled to the heat exchanger.

Die Vorrichtung verfügt über einen Wärmetauscher, mit dem eine Temperierungsvorrichtung mittel- oder unmittelbar gekoppelt ist. Die unmittelbare Kopplung ist beispielsweise gegeben, indem die Temperierungsvorrichtung zumindest teilweise in oder an dem Wärmetauscher angeordnet ist. Die mittelbare Kopplung kann z.B. gegeben sein, indem die Temperierungsvorrichtung ein Arbeitsmedium temperiert, das wiederum dem Wärmetauscher zugeführt wird. Die Temperierungsvorrichtung fungiert dabei entweder als Wärmequelle oder -senke. Somit wird entsprechend mittel- oder unmittelbar thermische Energie dem Wärmetauscher zugeführt oder von ihm abgeführt. Zwei Fördervorrichtungen fördern zwei Medien durch den Wärmetauscher und werden dabei entsprechend erwärmt oder abgekühlt.The device has a heat exchanger to which a temperature control device is directly or indirectly coupled. The direct coupling is provided, for example, by the temperature control device being arranged at least partially in or on the heat exchanger. The indirect coupling can be provided, for example, by the temperature control device controlling the temperature of a working medium, which in turn is fed to the heat exchanger. The temperature control device functions either as a heat source or a heat sink. Thermal energy is thus fed to or removed from the heat exchanger directly or indirectly. Two conveying devices convey two media through the heat exchanger and are heated or cooled accordingly.

Eine Ausgestaltung besteht darin, dass der Wärmetauscher über mehrere Platten und mindestens einen - z. B. durch mindestens ein Rohr oder durch Rohre gebildeten - Leitungspfad verfügt, dass der mindestens eine Leitungspfad - vorzugweise quer - durch die Platten hindurchführt, dass sich zwischen benachbarten Platten Abstände befinden, und dass die zweite Fördervorrichtung mit den Abständen bzw. mit dem Plattenzwischenraum für das zweite zu temperierenden Medium gekoppelt ist. In dieser Ausgestaltung ist der Wärmetauscher ähnlich wie ein Lamellenwärmetauscher ausgeführt. Dabei sind mehrere Platten vorhanden, die zueinander beabstandet sind. Die äußerten Platten werden dabei üblicherweise als „Endplates“ bezeichnet. Durch die Platten hindurch sind Rohre geführt. Die Rohre sind außerhalb der Endplates durch Bogenstücke miteinander verbunden. Den prinzipiellen Aufbau kennt man von Klimaanlagen. Bei diesen fließt ein Kühlmittel entlang der Rohre und über die Rohrbögen von Rohr zu Rohr. In dieser Ausgestaltung ist ein Leitungspfad - vorzugsweise gegeben durch zumindest einen Teil der Rohre - vorgesehen, der durch die Platten hindurchführt. Der Leitungspfad wird dabei beispielsweise vom ersten zu temperierenden Medium durchströmt. Zwischen die Platten hindurch wird das zweite zu temperierende Medium geführt. Die Bewegungsrichtung des zweiten zu temperierenden Mediums verläuft somit in einer Ausgestaltung insbesondere senkrecht zur Richtung, in die der mindestens eine Leitungspfad durchströmt wird.One embodiment consists in the heat exchanger having several plates and at least one conduction path - e.g. formed by at least one pipe or pipes - that the at least one conduction path - preferably transversely - leads through the plates, that there are gaps between adjacent plates, and that the second conveying device is coupled to the gaps or to the space between the plates for the second medium to be tempered. In this embodiment, the heat exchanger is designed similarly to a finned heat exchanger. There are several plates that are spaced apart from each other. The outermost plates are usually referred to as "end plates". Pipes are led through the plates. The pipes are connected to each other outside the end plates by bends. The basic structure is known from air conditioning systems. In these, a coolant flows along the pipes and over the pipe bends from pipe to pipe. In this embodiment, a conduction path - preferably provided by at least some of the pipes - is provided that leads through the plates. The first medium to be tempered flows through the conduction path, for example. The second medium to be tempered is guided between the plates. In one embodiment, the direction of movement of the second medium to be tempered is thus particularly perpendicular to the direction in which the flow is through the at least one line path.

In einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Vorrichtung ferner eine dritte Fördervorrichtung aufweist, dass die dritte Fördervorrichtung ein Arbeitsmedium durch den Wärmetauscher leitet, und dass die Temperierungsvorrichtung auf das Arbeitsmedium thermische Energie abgibt oder von dem Arbeitsmedium thermische Energie abführt. In dieser Ausgestaltung passieren drei Medien den Wärmetauscher: die zwei zu temperierenden Medien und ein Arbeitsmedium. Die beiden zu temperierenden Medien sind z. B. Raumluft und Brauchwasser. Das Arbeitsmedium wird durch eine Temperierungsvorrichtung auf eine gewünschte Temperatur gebracht, also insbesondere erwärmt-durch die Zuführung von thermischer Energie - oder abgekühlt - durch das Abführen von thermischer Energie. Drei Fördervorrichtungen fördern die drei Medien durch den Wärmetauscher. Dabei geben die zwei zu temperierenden Medien ihre thermische Energie auf das durch die Temperierungsvorrichtung abgekühlte Arbeitsmedium ab bzw. nehmen thermische Energie von dem durch die Temperierungsvorrichtung erwärmten Arbeitsmedium auf. Durch die Ausgestaltung des Wärmetauschers kann vorgegeben werden, wie gut der jeweilige Wärmeübergang zwischen den drei Medien ist. Weiterhin kann durch die Fördermengen der drei Fördervorrichtungen jeweils genau eingestellt werden, zu welchem Anteil welches Medium temperiert wird. Daher ist es beispielsweise möglich vorzugeben, wieviel Wasser und wieviel Luft erwärmt bzw. abgekühlt wird. Durch die zwei Leitungspfade sind somit zwei getrennte Rohrpakete vorhanden. Dies erlaubt beispielsweise in der Anwendung auch die Steuerung, welches Rohrpaket am Wärmeaustausch beteiligt sein soll.In one embodiment, it is provided that the device further comprises a third conveying device, that the third conveying device conducts a working medium through the heat exchanger, and that the tempering device releases thermal energy to the working medium or removes thermal energy from the working medium. In this embodiment, three media pass through the heat exchanger: the two media to be tempered and a working medium. The two media to be tempered are, for example, room air and service water. The working medium is brought to a desired temperature by a tempering device, i.e. in particular heated - by supplying thermal energy - or cooled - by removing thermal energy. Three conveying devices convey the three media through the heat exchanger. The two media to be tempered release thermal energy. The media passing through transfer their thermal energy to the working medium cooled by the temperature control device or absorb thermal energy from the working medium heated by the temperature control device. The design of the heat exchanger can be used to specify how good the heat transfer is between the three media. Furthermore, the delivery rates of the three delivery devices can be used to precisely set the proportion of which medium is tempered. This makes it possible, for example, to specify how much water and how much air is heated or cooled. The two line paths therefore mean that there are two separate pipe packages. This also allows, for example, the control of which pipe package is to be involved in the heat exchange in the application.

Eine Ausgestaltung, die sich insbesondere auf die vorangehende bezieht, besteht darin, dass der Wärmetauscher über mehrere Platten und zwei Leitungspfade verfügt, dass die Leitungspfade durch die Platten hindurchführen, dass die erste Fördervorrichtung mit einem ersten Leitungspfad für das erste zu temperierende Medium gekoppelt ist, dass die dritte Fördervorrichtung mit einem zweiten Leitungspfad für das Arbeitsmedium gekoppelt ist, dass sich zwischen benachbarten Platten Abstände befinden, und dass die zweite Fördervorrichtung mit den Plattenzwischenräumen bzw. den Abständen für das zweite zu temperierenden Medium gekoppelt ist. Diese Ausgestaltung ist eine Erweiterung der bereits weiter oben diskutierten Ausgestaltung. In dieser Ausgestaltung sind zwei Leitungspfade in dem Wärmetauscher vorgesehen, die voneinander getrennt sind. Verfügt also der Wärmetauscher über mehrere Rohre, die durch die Platten hindurchgehen, so sind die Rohre nicht alle miteinander verbunden, sondern nur die Rohre, die zum gleichen Leitungspfad gehören. Durch die zwei Leitungspfade werden das Arbeitsmedium und das erste zu temperierende Medium geführt. Zwischen die Platten hindurch wird - wie bei der obigen Ausgestaltung - das zweite zu temperierende Medium geführt.One embodiment, which relates in particular to the preceding, consists in that the heat exchanger has several plates and two conduction paths, that the conduction paths lead through the plates, that the first conveying device is coupled to a first conduction path for the first medium to be tempered, that the third conveying device is coupled to a second conduction path for the working medium, that there are gaps between adjacent plates, and that the second conveying device is coupled to the spaces between the plates or the gaps for the second medium to be tempered. This embodiment is an extension of the embodiment already discussed above. In this embodiment, two conduction paths are provided in the heat exchanger, which are separated from one another. If the heat exchanger has several pipes that pass through the plates, the pipes are not all connected to one another, but only the pipes that belong to the same conduction path. The working medium and the first medium to be tempered are guided through the two conduction paths. The second medium to be tempered is guided between the plates - as in the above embodiment.

Eine Ausgestaltung beinhaltet, dass die mindestens zwei Leitungspfade nebeneinander angeordnet sind. In dieser Ausgestaltung wird spezifiziert, dass die Leitungspfade sich beispielsweise nicht umgeben, sondern separat nebeneinander angeordnet sind. Bei dieser Ausgestaltung handelt es sich bei dem Wärmetauscher somit beispielsweise um einen Plattentauscher oder Lamellenwärmetauscher eines Klimageräts, dessen Rohrstücke für die Verbindung der Rohre so geändert sind, dass sich aus dem einen Leitungspfad die zwei Leitungspfade für die zuvor genannte Ausgestaltung ergeben. In dieser Ausgestaltung ist der Aufwand für die Herstellung des Wärmetauschers reduziert.One embodiment includes that the at least two line paths are arranged next to one another. In this embodiment, it is specified that the line paths do not surround one another, for example, but are arranged separately next to one another. In this embodiment, the heat exchanger is thus, for example, a plate exchanger or finned heat exchanger of an air conditioning unit, the pipe sections for connecting the pipes of which are modified in such a way that the two line paths for the aforementioned embodiment result from one line path. In this embodiment, the effort required to manufacture the heat exchanger is reduced.

Eine Ausgestaltung besteht darin, dass die erste Fördervorrichtung als Pumpe für eine Flüssigkeit oder als Verdichter für ein Gas ausgestaltet ist, und dass die zweite Fördervorrichtung als ein Gebläse für ein Gas ausgestaltet ist. In dieser Ausgestaltung wird spezifiziert, dass es sich bei den zu temperierenden Medien einmal um eine Flüssigkeit, z. B. Wasser, oder um ein verdichtetes Gas und andernfalls um ein Gas, z. B. Raumluft, handelt. Handelt es sich bei dem ersten zu temperierenden Medium beispielsweise um ein verdichtetes Gas, so wird es von der als Verdichter ausgestalteten ersten Fördervorrichtung verdichtet, um anschließend im Wärmetauscher zu kondensieren.One embodiment consists in that the first conveying device is designed as a pump for a liquid or as a compressor for a gas, and that the second conveying device is designed as a blower for a gas. In this embodiment, it is specified that the media to be tempered is either a liquid, e.g. water, or a compressed gas, and otherwise a gas, e.g. room air. If the first medium to be tempered is, for example, a compressed gas, it is compressed by the first conveying device designed as a compressor and then condenses in the heat exchanger.

Eine Ausgestaltung beinhaltet, dass die dritte Fördervorrichtung als Pumpe für eine Flüssigkeit oder als Verdichter für ein Gas oder als ein Gebläse für ein Gas ausgestaltet ist. Da die dritte Fördervorrichtung das Arbeitsmedium fördert, kann es sich bei dem Arbeitsmedium in einer Ausgestaltung um eine Flüssigkeit - z. B. ein Kühlmittel wie verflüssigtes Propan - oder um ein Gas - z. B. Kohlenstoffdioxid CO2 - handeln.One embodiment includes that the third conveying device is designed as a pump for a liquid or as a compressor for a gas or as a blower for a gas. Since the third conveying device conveys the working medium, the working medium in one embodiment can be a liquid - e.g. a coolant such as liquefied propane - or a gas - e.g. carbon dioxide CO2.

Eine Ausgestaltung beinhaltet, dass die Vorrichtung ferner mindestens ein elektrisches Heizelement aufweist, und dass das elektrische Heizelement in thermischem Kontakt mit dem Wärmetauscher steht. In dieser Ausgestaltung verfügt der Wärmetauscher über eine separate Heizquelle, die thermische Energie einbringen kann. Eine Ausgestaltung beinhaltet, dass elektrische Heizstäbe in die Platten eingebracht sind - ähnlich der Einbindung der Rohre der oben erwähnten Leitungspfade.One embodiment includes that the device further comprises at least one electrical heating element, and that the electrical heating element is in thermal contact with the heat exchanger. In this embodiment, the heat exchanger has a separate heating source that can introduce thermal energy. One embodiment includes that electrical heating rods are incorporated into the plates - similar to the integration of the pipes of the above-mentioned conduction paths.

Die beiden folgenden Ausgestaltungen widmen sich der Thematik, welche Funktion das mindestens eine Heizelement erfüllt bzw. zu welcher Komponente es zugehörig ist.The following two designs are dedicated to the topic of which function the at least one heating element fulfils or which component it belongs to.

Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Vorrichtung ferner mindestens ein elektrisches Heizelement aufweist, und dass das mindestens eine elektrische Heizelement in thermischem Kontakt mit dem Wärmetauscher steht. In dieser Ausgestaltung ist mindestens ein elektrisches Heizelement vorhanden, welches thermische Energie abgibt und somit in Verbindung mit der Temperierungsvorrichtung der Temperierung der zwei Medien dient.One embodiment provides that the device further comprises at least one electrical heating element, and that the at least one electrical heating element is in thermal contact with the heat exchanger. In this embodiment, at least one electrical heating element is present, which emits thermal energy and thus serves, in conjunction with the temperature control device, to control the temperature of the two media.

Eine weitere Ausgestaltung beinhaltet, dass die Temperierungsvorrichtung mindestens ein elektrisches Heizelement aufweist, und dass das mindestens eine elektrische Heizelement in thermischem Kontakt mit dem Wärmetauscher steht. In dieser Ausgestaltung umfasst die Temperierungsvorrichtung mindestens ein Heizelement. In einer weiteren Ausgestaltung besteht die Temperaturvorrichtung sogar nur aus dem einen elektrischen Heizelement oder aus mehreren elektrischen Heizelementen.A further embodiment includes that the temperature control device has at least one electrical heating element, and that the at least one electrical heating element is in thermal contact with the heat exchanger. In this embodiment, the temperature control device comprises at least one heating element. In a further embodiment, the temperature device consists even just one electric heating element or several electric heating elements.

In einer Ausgestaltung ist ein elektrisches Heizelement in dem Wärmetauscher angeordnet und führt durch die Platten des Wärmetauschers hindurch. Ist somit in dem Wärmetauscher mindestens ein Leitungspfad in Form von Rohren gebildet, die durch die Platten hindurchtreten, so ist hier mindestens ein elektrisches Heizelement vorhanden, das in identischer oder vergleichbarer Weise relativ zu den Platten angeordnet ist.In one embodiment, an electrical heating element is arranged in the heat exchanger and passes through the plates of the heat exchanger. If at least one conduction path in the form of tubes that pass through the plates is formed in the heat exchanger, then at least one electrical heating element is present here, which is arranged in an identical or comparable manner relative to the plates.

In einer Ausgestaltung ist mindestens ein elektrisches Heizelement als Heizstab ausgeführt.In one embodiment, at least one electrical heating element is designed as a heating rod.

Eine Ausgestaltung besteht darin, dass die Vorrichtung ferner eine Steuereinheit aufweist. Die Steuereinheit wirkt je nach Ausgestaltung auf die - erste und/oder zweite und/oder dritte - Fördervorrichtung, die Temperierungsvorrichtung und/oder auf elektrische Heizelemente ein. Durch die Fördervorrichtungen kann eingestellt werden, wieviel Medium durch den Wärmetauscher bewegt wird. Dabei kann der Fluss insbesondere auch auf Null gestellt werden, sodass also z. B. in einem Betriebsmodus ein Medium nicht gefördert wird.One embodiment consists in the device also having a control unit. Depending on the embodiment, the control unit acts on the - first and/or second and/or third - conveying device, the temperature control device and/or on electrical heating elements. The conveying devices can be used to adjust how much medium is moved through the heat exchanger. In particular, the flow can also be set to zero, so that, for example, a medium is not conveyed in one operating mode.

In einer ergänzenden Ausgestaltung wird die Fördermenge der ersten Fördervorrichtung für das erste zu temperierende Medium auf einen konstanten Wert gehalten. In einer alternativen Ausgestaltung steuert die Steuereinheit die Fördermenge, sodass das erste zu temperierende Medium, bei dem es sich beispielsweise um Brauchwasser handelt, eine konstante Austrittstemperatur aufweist.In a supplementary embodiment, the delivery rate of the first delivery device for the first medium to be tempered is kept at a constant value. In an alternative embodiment, the control unit controls the delivery rate so that the first medium to be tempered, which is, for example, process water, has a constant outlet temperature.

Eine Ausgestaltung besteht darin, dass die Vorrichtung als Klimagerät ausgestaltet ist. Die Vorrichtung verfügt dabei insbesondere über einen Kompressor, einen Verflüssiger, eine Expansionsvorrichtung und einen Verdampfer, die einen Kältekreis bilden. Ein solcher Kühlkreislauf kann in umgekehrter Laufrichtung als Wärmekreislauf verwendet werden. Das der Luftkühlung zugrundeliegende Prinzip der Kälteerzeugung mittels eines Kühlkreislaufs ist beispielsweise in der WO 2007/042065 A1 beschrieben. Der zuvor beschriebene Wärmetauscher ist dabei vorzugweise dem Verflüssiger oder dem Verdampfer zugeordnet und ist somit Teil der Temperierungsvorrichtung. Je nach Ausgestaltung nimmt der Wärmetauscher dabei entweder thermische Energie auf oder gibt sie ab. In einer weiteren Ausgestaltung handelt es sich bei der zweiten Fördervorrichtung um ein Gebläse, welches dem Verflüssiger oder dem Verdampfer des Kältekreises zugeordnet ist.One embodiment consists in the device being designed as an air conditioning unit. The device has in particular a compressor, a condenser, an expansion device and an evaporator, which form a cooling circuit. Such a cooling circuit can be used in the opposite direction as a heat circuit. The principle underlying air cooling of generating cold by means of a cooling circuit is, for example, described in the WO 2007/042065 A1 described. The previously described heat exchanger is preferably assigned to the condenser or the evaporator and is thus part of the temperature control device. Depending on the design, the heat exchanger either absorbs thermal energy or releases it. In a further design, the second conveying device is a fan which is assigned to the condenser or the evaporator of the refrigeration circuit.

In einer Ausgestaltung gehören somit der Wärmetauscher und die zweite Fördervorrichtung zu einem Klimagerät. Das zweite zu temperierende Medium ist dabei die Luft, die von dem Gebläse als zweite Fördervorrichtung durch den Wärmetauscher hindurch bewegt wird. Dabei wird in einer Ausgestaltung ein Teil der Verrohrung des Wärmetauschers dazu verwendet, um ein erstes zu temperierendes Medium zusätzlich zu dem Arbeitsmedium durch den Wärmetauscher hindurchzuführen. Da das Klimagerät über einen warmen und einen kalten Wärmetauscher verfügt, kann somit je nach Ausgestaltung das erste Medium erwärmt oder gekühlt werden, je nach dem durch welchen Wärmetauscher es geführt wird.In one embodiment, the heat exchanger and the second conveying device are part of an air conditioning unit. The second medium to be tempered is the air, which is moved through the heat exchanger by the fan as the second conveying device. In one embodiment, part of the piping of the heat exchanger is used to guide a first medium to be tempered through the heat exchanger in addition to the working medium. Since the air conditioning unit has a warm and a cold heat exchanger, the first medium can be heated or cooled depending on the design, depending on which heat exchanger it is guided through.

In einer alternativen Ausgestaltung ist die Temperierungsvorrichtung als Wärmepumpe ausgeführt.In an alternative embodiment, the temperature control device is designed as a heat pump.

Im Einzelnen gibt es eine Vielzahl von Möglichkeiten, die erfindungsgemäße Vorrichtung auszugestalten und weiterzubilden. Dazu wird verwiesen auf die folgende Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung. Es zeigen:

1: eine schematische Darstellung einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
2: eine schematische Darstellung einer ersten Ausgestaltung des Wärmetauschers,
3: eine schematische Darstellung einer zweiten Ausgestaltung des Wärmetauschers und
4: eine schematische Darstellung einer dritten Ausgestaltung des Wärmetauschers.

In detail, there are a number of possibilities for designing and developing the device according to the invention. Reference is made to the following description of exemplary embodiments in conjunction with the drawing. They show:

1 : a schematic representation of an embodiment of the device according to the invention,
2 : a schematic representation of a first embodiment of the heat exchanger,
3 : a schematic representation of a second embodiment of the heat exchanger and
4 : a schematic representation of a third embodiment of the heat exchanger.

Die 1 zeigt schematisch einen beispielhaften Aufbau der Vorrichtung, passend zu einem Wärmetauscher 1, wie ihn z. B. die 3 zeigt.The 1 shows schematically an exemplary structure of the device, suitable for a heat exchanger 1, such as the 3 shows.

Eine Temperierungsvorrichtung 20 temperiert ein Arbeitsmedium. Die Temperierung kann dabei prinzipiell in einem Erwärmen oder einem Abkühlen bestehen. Für die folgende Betrachtung sei das Arbeitsmedium eine Flüssigkeit. Entsprechendes gilt für den Fall, dass es sich bei dem Arbeitsmedium um ein Gas handelt. In der gezeigten Ausgestaltung möge die Temperierungsvorrichtung 20 das Arbeitsmedium erwärmen.A temperature control device 20 controls the temperature of a working medium. In principle, the temperature control can consist of heating or cooling. For the following consideration, the working medium is a liquid. The same applies if the working medium is a gas. In the embodiment shown, the temperature control device 20 heats the working medium.

Die dritte Fördervorrichtung 4 ist eine Pumpe, die das Arbeitsmedium durch den Wärmetauscher 1 hindurchpumpt. Dabei wird vorzugweise ein - hier nicht dargestellter - Kreislauf gebildet, sodass das Arbeitsmedium nach dem Passieren des Wärmetauschers 1 wieder zu der Temperierungsvorrichtung 20 gelangt. Innerhalb des Wärmetauschers 1 gibt das Arbeitsmedium seine thermische Energie an die zwei zu temperierenden Medien ab. Die zwei Medien werden also im gezeigten Ausführungsbeispiel erwärmt.The third conveying device 4 is a pump that pumps the working medium through the heat exchanger 1. In this case, a circuit (not shown here) is preferably formed so that the working medium returns to the tempering device 20 after passing through the heat exchanger 1. Within the heat exchanger 1, the working medium gives off its thermal energy to the two media to be tempered. The two media are therefore heated in the embodiment shown.

Für diesen Zweck des Wärmeübertrags sind zwei weitere Fördervorrichtungen 2, 3 vorhanden, die über den ersten Leitungspfad 11 und den zweiten Leitungspfad 12 die zwei Medien durch den Wärmetauscher 1 hindurchbewegen. Die erste Fördervorrichtung 2 für das erste zu temperierende Medium ist in dem Beispiel eine Flüssigkeitspumpe, die Wasser fördert. Dabei ist hier angedeutet, dass das Arbeitsmedium und das erste Medium im Wesentlichen parallel zueinander durch den Wärmetauscher 1 geführt sind. Diese parallele Anordnung ist in den Ausführungsbeispielen der 2 bis 4 angedeutet. Die zweite Fördervorrichtung 3 für das zweite Medium ist ein Gebläse. Dabei ist angedeutet, dass die Luft als das zweite Medium im Wesentlichen senkrecht durch den Wärmetauscher 1 geführt wird. Die unterschiedlichen Bewegungsrichtungen sind durch die Pfeile angedeutet, wobei die Flüssigkeit durch einen durchgezogenen Strich und die Luft mit der strich-punktierenden Linie gekennzeichnet sind.For this purpose of heat transfer, two further conveying devices 2, 3 are present, which move the two media through the heat exchanger 1 via the first line path 11 and the second line path 12. The first conveying device 2 for the first medium to be tempered is in the example a liquid pump that conveys water. It is indicated here that the working medium and the first medium are guided through the heat exchanger 1 essentially parallel to one another. This parallel arrangement is in the embodiments of the 2 until 4 indicated. The second conveying device 3 for the second medium is a blower. It is indicated that the air as the second medium is guided essentially vertically through the heat exchanger 1. The different directions of movement are indicated by the arrows, with the liquid being marked by a solid line and the air by the dash-dotted line.

Der Wärmetauscher 1 verfügt zusätzlich über ein elektrisches Heizelement 6, das hier in der Nähe des Leitungspfads des ersten Mediums angeordnet ist und so zusätzliche thermische Energie auf das Wasser und/oder das Arbeitsmedium übertragen kann. Das Heizelement 6 kann wahlweise auch zur Erwärmung des durchströmenden Gases genutzt werden.The heat exchanger 1 also has an electrical heating element 6, which is arranged here near the conduction path of the first medium and can thus transfer additional thermal energy to the water and/or the working medium. The heating element 6 can optionally also be used to heat the gas flowing through.

Die drei Fördervorrichtungen 2, 3, 4, das Heizelement 6 und auch die Temperierungsvorrichtung 20 werden hier durch eine Steuereinheit 5 gesteuert. Die Steuereinheit 5 regelt dabei in einer Variante die Komponenten 2, 3, 4, 6, 20 derart, dass das Wasser und/oder die Luft jeweils einen gewünschten Temperaturwert haben/hat. Soll beispielsweise das Wasser auf eine gewünschte Temperatur eingestellt werden, so kann die Temperaturregelung über die zweite Fördervorrichtung 3, also über die Luftmenge erfolgen. Je größer die Förderleistung der zweiten Fördervorrichtung 3 ist, desto mehr Luft wird durch den Wärmetauscher 1 geführt und desto weniger thermische Energie steht für das Wasser zur Verfügung. Verfügt somit das Arbeitsmedium über mehr thermische Energie als für das Wasser benötigt wird, so kann die Wärme des Wassers über die Regelung des Gebläses 3 relativ einfach und zuverlässig eingestellt werden.The three conveying devices 2, 3, 4, the heating element 6 and also the temperature control device 20 are controlled here by a control unit 5. In one variant, the control unit 5 regulates the components 2, 3, 4, 6, 20 in such a way that the water and/or the air each have a desired temperature value. If, for example, the water is to be set to a desired temperature, the temperature can be regulated via the second conveying device 3, i.e. via the amount of air. The greater the conveying capacity of the second conveying device 3, the more air is passed through the heat exchanger 1 and the less thermal energy is available for the water. If the working medium therefore has more thermal energy than is required for the water, the heat of the water can be adjusted relatively easily and reliably by controlling the fan 3.

Die Wärmetauscher 1 der Abbildungen 2 bis 4 sind rein schematisch dargestellt und sollen nicht als konkrete Beispiele für die Geometrie oder die Anzahl der beteiligten Komponenten oder Bestandteile oder in einer sonstigen Weise einschränkend für die Offenbarung verstanden werden.The heat exchangers 1 of the figures 2 until 4 are shown purely schematically and are not intended to be understood as concrete examples of the geometry or the number of components or parts involved or in any other way limiting the disclosure.

In der 2 ist angedeutet, dass die Temperierungsvorrichtung 20 durch die - hier weiß dargestellten - elektrischen Heizelemente 6, in Form von Heizstäben.gegeben ist. Die Temperierungsvorrichtung 20 befindet sich damit wie die Rohre der Leitungspfade 11 direkt im Wärmetauscher 1 und ist durch dessen Platten 13 hindurchgeführt.In the 2 it is indicated that the temperature control device 20 is provided by the electrical heating elements 6 - shown here in white - in the form of heating rods. The temperature control device 20 is thus located, like the pipes of the line paths 11, directly in the heat exchanger 1 and is guided through its plates 13.

Der Wärmetauscher 1 ist dabei ein sogenannter Lamellenwärmetauscher, der über mehrere durch jeweils einen Abstand 14 voneinander beabstandete thermisch leitfähigen Platten 13 verfügt. Die Luft als das zweite zu temperierende Medium wird durch die Abstände 14 hindurchgeführt. Es ist angedeutet, dass sich durch die Platten 13 mehrere Rohre 11 erstrecken. Die Rohre führen in einem ersten Leitungspfad 11 (hier mit Karos markiert) das erste zu temperierende Medium mehrfach durch den Wärmetauscher 1 hindurch. Hier nicht dargestellt sind die Rohrbögen, über die die Rohre des ersten Leitungspfads 11 miteinander verbunden sind. Wie zu erkennen, sind der erste Leitungspfad 11 und die elektrischen Heizelemente 6 nebeneinander angeordnet.The heat exchanger 1 is a so-called finned heat exchanger, which has several thermally conductive plates 13, each spaced apart by a distance 14. The air as the second medium to be tempered is guided through the distances 14. It is indicated that several pipes 11 extend through the plates 13. The pipes guide the first medium to be tempered several times through the heat exchanger 1 in a first line path 11 (marked here with checks). Not shown here are the pipe bends via which the pipes of the first line path 11 are connected to one another. As can be seen, the first line path 11 and the electrical heating elements 6 are arranged next to one another.

In der Variante der 3 ist angedeutet, dass der Wärmetauscher 1 ein Bestandteil der Temperierungsvorrichtung 20 ist. Die Temperierungsvorrichtung 20 ist dabei als Klimagerät ausgeführt, sodass auch durch den Wärmetauscher 1 das Kältemittel geführt wird, dessen Komprimieren und Expandieren dem Übertragen von thermischer Energie dient. In dem Wärmetauscher 1 wird im ersten Leitungspfad 11 (hier mit Karos markiert) das erste zu kühlende Medium, also beispielsweise Wasser geführt. Parallel dazu und getrennt davon ist der zweite Leitungspfad 12 vorhanden, über den das Arbeitsmedium (vgl. 1) gefördert wird (hier mit geneigten Strichen markiert). Ebenfalls parallel dazu sind die elektrischen Heizelemente 6 in Form von Heizstäben vorhanden. Deren Heizleistung kann ergänzend zu derjenigen der Temperierungsrichtung oder als Regulativ verwendet werden.In the variant of the 3 it is indicated that the heat exchanger 1 is a component of the temperature control device 20. The temperature control device 20 is designed as an air conditioning unit, so that the coolant is also guided through the heat exchanger 1, the compression and expansion of which serves to transfer thermal energy. In the heat exchanger 1, the first medium to be cooled, for example water, is guided in the first line path 11 (marked with checks here). Parallel to this and separate from it, there is the second line path 12, via which the working medium (cf. 1 ) (marked here with inclined lines). Also present in parallel are the electrical heating elements 6 in the form of heating rods. Their heating output can be used in addition to that of the tempering direction or as a regulator.

In dieser Ausgestaltung der 3 kann somit über die Steuerung der drei Fördervorrichtrungen 2, 3, 4, der elektrischen Heizelemente 6 sowie vorzugsweise auch der Temperierungsvorrichtung 20 sehr präzise eingestellt werden, von welchem Medium auf welches andere Medium thermische Energie und in welchem Maße übertragen wird. Indem die Temperierungsvorrichtung 20 und die elektrischen Heizelemente 6 vorhanden sind, kann außer der Kombination auch ein Wechsel zwischen den Wärmequellen erfolgen.In this design of the 3 Thus, by controlling the three conveying devices 2, 3, 4, the electrical heating elements 6 and preferably also the temperature control device 20, it is possible to set very precisely which medium thermal energy is transferred from to which other medium and to what extent. By having the temperature control device 20 and the electrical heating elements 6, it is possible to switch between the heat sources in addition to the combination.

Ein paar beispielhafte Grund-Übertragungswege der Wärme sind die folgenden, welche sich auch miteinander kombinieren lassen:

1) Es kommt zu einem Wärmeübergang zwischen den beiden Medien (also dem ersten zu temperierenden Medium sowie dem Arbeitsmedium) in den zwei Leitungspfaden 11, 12. Dies wird realisiert über die Konvektion von einem Medium in den Rohren des Leitungspfads 11, 12, gefolgt von der Wärmeleitung über die Platten 13 zwischen den in den Platten 13 befindlichen Rohren und schließlich die Konvektion von den Rohren des anderen Leitungspfads 12, 11 auf das Medium, das sich darin befindet. So kann z. B. thermische Energie vom Arbeitsmedium auf das erste zu temperierende Medium übertragen werden. Dies lässt sich jedoch auch umkehren, wenn z. B. das erste zu temperierende Medium zu heiß ist.
2) Es kommt zu einem Wärmeübergang von mindestens einem Medium in den zwei Leitungspfaden 11, 12 auf die Luft als dem zweiten zu temperierenden Medium. Dieser Übergang kann auch umgekehrt werden. Dabei überträgt das Medium die thermische Energie über Konvektion auf die Rohre, welches es führen. Die Rohre übergeben die thermische Energie über Wärmeleitung auf die Platten 13 des Wärmetauschers 1. Diese thermische Energie wird durch Konvektion auf die zwischen den Platten 13 hindurchgeführte Luft übertragen. Soll beispielsweise thermische Energie von der Luft nur auf ein Medium übertragen werden, so wird beispielsweise das andere Medium nicht durch seinen Leitungspfad gefördert, sondern nur das gewünschte Medium.
3) Die elektrischen Heizstäbe 6 übertragen thermische Energie auf mindestens ein Medium in den Leitungspfaden 11, 12. Dabei sei angemerkt, dass z. B. eines dieser beiden Medien dadurch nicht erwärmt werden kann, indem die zugehörige Fördervorrichtung nicht betrieben wird und somit auch kein Medium fördert. Durch den elektrischen Widerstand erzeugte thermische Energie wird durch Wärmeleitung auf die Platten 13 und von dort auf die Rohre des jeweiligen Leitungspfads 11, 12 übertragen. Die Rohre des Leitungspfads 11, 12 übertragen dann die Wärme über Konvektion auf das jeweilige Medium.
4) Die elektrischen Heizelemente 6 dienen der Erwärmung der Luft als dem zweiten zu temperierenden Medium. Dabei übertragen die Heizelemente 6 die thermische Energie, also die durch die Ausnutzung des elektrischen Widerstands erzeugte Wärme, durch Wärmeleitung auf die Lamellen 13, von denen die thermische Energie durch Konvektion auf die Luft übertragen wird.

A few examples of basic heat transfer paths are the following, which can also be combined with each other:

1) There is a heat transfer between the two media (i.e. the first medium to be tempered and the working medium) in the two pipe paths 11, 12. This is realized via the convection of a medium in the tubes of the conduction path 11, 12, followed by the heat conduction via the plates 13 between the tubes in the plates 13 and finally the convection from the tubes of the other conduction path 12, 11 to the medium located therein. In this way, for example, thermal energy can be transferred from the working medium to the first medium to be tempered. However, this can also be reversed if, for example, the first medium to be tempered is too hot.
2) There is a heat transfer from at least one medium in the two conduction paths 11, 12 to the air as the second medium to be tempered. This transfer can also be reversed. The medium transfers the thermal energy via convection to the pipes that carry it. The pipes transfer the thermal energy via heat conduction to the plates 13 of the heat exchanger 1. This thermal energy is transferred by convection to the air that passes between the plates 13. If, for example, thermal energy is to be transferred from the air to only one medium, the other medium is not transported through its conduction path, but only the desired medium.
3) The electric heating rods 6 transfer thermal energy to at least one medium in the conduction paths 11, 12. It should be noted that, for example, one of these two media cannot be heated by not operating the associated conveying device and thus not conveying any medium. Thermal energy generated by the electrical resistance is transferred by heat conduction to the plates 13 and from there to the pipes of the respective conduction path 11, 12. The pipes of the conduction path 11, 12 then transfer the heat to the respective medium via convection.
4) The electrical heating elements 6 serve to heat the air as the second medium to be tempered. The heating elements 6 transfer the thermal energy, i.e. the heat generated by utilizing the electrical resistance, by heat conduction to the fins 13, from which the thermal energy is transferred to the air by convection.

Wird das Arbeitsmedium beispielsweise gekühlt oder fungiert die Temperierungsvorrichtung 20 als Wärmesenke, so sind die obigen Modi auch zum Kühlen geeignet. Dabei können beispielsweise die elektrischen Heizelemente 6 verwendet werden, um eine zu tiefe Austrittstemperatur der Temperierungsvorrichtung 20 auszugleichen. Für diesen Fall der Kühlanwendung handelt es sich bei dem Arbeitsmedium beispielsweise um ein bei Klimageräten üblichen Kältemittel.If, for example, the working medium is cooled or the temperature control device 20 functions as a heat sink, the above modes are also suitable for cooling. For example, the electrical heating elements 6 can be used to compensate for an outlet temperature of the temperature control device 20 that is too low. In this case of cooling application, the working medium is, for example, a coolant commonly used in air conditioning units.

Die 4 zeigt eine Variante des Wärmetauschers 1, in welchem ein Arbeitsmedium durch den zweiten Leitungspfad 12 (markiert durch geneigte Striche) parallel zu dem ersten zu temperierenden Medium in dem ersten Leitungspfad 11 (Karo-Markierung) geführt wird. Die Luft als das zweite zu temperierende Medium wird auch hier senkrecht zu den Leitungspfaden 11, 12 durch die Platten 13 hindurchgeführt.The 4 shows a variant of the heat exchanger 1, in which a working medium is guided through the second line path 12 (marked by inclined lines) parallel to the first medium to be tempered in the first line path 11 (diamond marking). The air as the second medium to be tempered is also guided here perpendicular to the line paths 11, 12 through the plates 13.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11: WärmetauscherHeat exchanger
22: erste Fördervorrichtungfirst conveyor
33: zweite Fördervorrichtungsecond conveyor
44: dritte Fördervorrichtungthird conveyor
55: SteuereinheitControl unit
66: elektrisches Heizelementelectric heating element
1111: erster Leitungspfadfirst line path
1212: zweiter Leitungspfadsecond conduction path
1313: Platteplate
1414: AbstandDistance
2020: TemperierungsvorrichtungTempering device

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

WO 2007/042065 A1 [0020]

Claims

Device for tempering two media, with at least one heat exchanger (1), at least two conveying devices (2, 3) and at least one tempering device (20), wherein a first conveying device (2) guides a first medium to be tempered through the heat exchanger (1), wherein a second conveying device (3) guides a second medium to be tempered through the heat exchanger (1), wherein the tempering device (20) releases or dissipates thermal energy, and wherein the tempering device (20) is indirectly or directly thermally coupled to the heat exchanger (1).

Device according to Claim 1 , wherein the heat exchanger (1) has a plurality of plates (13) and at least one conduction path (11), wherein the at least one conduction path (11) leads through the plates (13), wherein there are gaps (14) between adjacent plates (13), and wherein the second conveying device (3) is coupled to the gaps (14) for the second medium to be tempered.

Device according to Claim 1 or 2 , wherein the device further comprises a third conveying device (4), wherein the third conveying device (4) conducts a working medium through the heat exchanger (1), and wherein the tempering device (20) releases thermal energy to the working medium or removes thermal energy from the working medium.

Device according to Claim 3 , wherein the heat exchanger (1) has a plurality of plates (13) and at least two conduction paths (11, 12), wherein the conduction paths (11, 12) lead through the plates (13), wherein the first conveying device (2) is coupled to a first conduction path (11) for the first medium to be tempered, wherein the third conveying device (4) is coupled to a second conduction path (12) for the working medium, wherein there are gaps (14) between adjacent plates (13), and wherein the second conveying device (3) is coupled to the gaps (14) for the second medium to be tempered.

Device according to Claim 4 , wherein the at least two conduction paths (11, 12) are arranged next to one another.

Device according to one of the Claims 1 until 5 , wherein the first conveying device (2) is designed as a pump for a liquid or as a compressor for a gas, and wherein the second conveying device (3) is designed as a blower for a gas.

Device according to one of the Claims 1 until 6 , wherein the third conveying device (4) is designed as a pump for a liquid or as a compressor for a gas or as a blower for a gas.

Device according to one of the Claims 1 until 7 , wherein the device further comprises at least one electrical heating element (6), and wherein the at least one electrical heating element (6) is in thermal contact with the heat exchanger (1).

Device according to one of the Claims 1 until 8th , wherein the temperature control device (20) has at least one electrical heating element (6), and wherein the at least one electrical heating element (6) is in thermal contact with the heat exchanger (1).

Device according to one of the Claims 1 until 9 , wherein the device is designed as an air conditioning unit or as a heat pump.