DE102004024397A1 - Kältegerät und Verdampfer dafür - Google Patents

Abstract

Ein Verdampfer für ein Kältegerät umfasst eine Mehrzahl von plattenförmigen Wärmetauscherelementen (1), die jeweils einlassseitig mit einer gemeinsamen Versorgungsleitung (6) und auslassseitig mit einer gemeinsamen Saugleitung (7, 9) verbunden sind.

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kältegerät, insbesondere einen Gefrierschrank, und einen Verdampfer dafür.
• Herkömmliche Verdampfer für einen Gefrierschrank umfassen eine Mehrzahl von plattenförmigen Wärmetauscherelementen, die im Innenraum des Gefrierschranks horizontal angeordnet sind und diesen in eine Mehrzahl von Fächern unterteilen. Die einzelnen Wärmetauscherelemente des Verdampfers sind untereinander in Reihe verbunden, so dass sie von einem Kältemittelstrom nacheinander durchflossen werden. Auf seinem Weg durch den Verdampfer erwärmt sich das Kältemittel. In der Regel verläuft der Weg des Kältemittels der Reihe nach von oben nach unten durch die Wärmetauscherelemente, so dass das oberste Element jeweils das kälteste und das untere Element das wärmste ist. Luftkonvektion im Innenraum trägt zu einem Temperaturausgleich bei, doch ist die Effizienz dieses Temperaturausgleichs abhängig von der Durchströmbarkeit des Innenraums. D.h., ein mit Kühlgut randvoll gepacktes Fach kann den Luftaustausch zwischen über ihm und unter ihm liegenden Fächern blockieren. Auch eine zu starke Vereisung der Wärmetauscherelemente selbst kann den Luftaustausch behindern, insbesondere bei den ansonsten für diese Anwendung wegen ihrer Luftdurchlässigkeit vorteilhaften Elementen in Drahtrohrbauweise. Um eine ausreichende Kühlung des untersten Fachs zu gewährleisten, ist man daher häufig gezwungen, ein Wärmetauscherelement auch am Boden des tiefstgelegenen Faches vorzusehen. Ein solches zusätzliches Wärmetauscherelement erhöht jedoch die Herstellungskosten des Kältegeräts.
• Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, einen Verdampfer für ein Kältegerät bzw. ein mit einem solchen Verdampfer ausgestattetes Kältegerät anzugeben, die es erlauben, unabhängig vom Ausmaß des Luftaustauschs zwischen den einzelnen Fächern des Kältegeräts den Temperaturgradienten im Innenraum des Kältegeräts zu reduzieren.
• Die Aufgabe wird gelöst durch einen Verdampfer nach Anspruch 1 bzw. ein Kältegerät nach Anspruch 8.
• Indem von den mehreren plattenförmigen Wärmetauscherelementen des erfindungsgemäßen Verdampfers jedes einlassseitig mit einer gemeinsamen Versorgungsleitung und auslassseitig mit einer gemeinsamen Saugleitung verbunden ist, sind die Wärmetauscherelemente also nicht mehr in Reihe, sondern parallel von dem Kältemittel durchströmt werden, kann eine Versorgung aller Wärmetauscherelemente mit gleichmäßig kaltem Kältemittel gewährleistet werden.
• Ein Temperaturgradient tritt nur noch jeweils im Inneren der Fächer und in allen Fächern in gleicher Weise auf. Wenn man annimmt, dass die Temperaturen, mit denen das Kältemittel in die Wärmetauscherelemente eintritt bzw. diese wieder verlässt, dieselben sind wie zwischen Einlass-Anschlussstelle des obersten Wärmetauscherelements und Auslass-Anschlussstelle des untersten Wärmetauscherelements in einem herkömmlichen Wärmetauscher mit in Reihe geschalteten Elementen, so sieht man, dass mit dem erfindungsgemäßen Wärmetauscher jeweils innerhalb eines Fachs ein stärkerer Wärmegradient erzeugt wird als bei herkömmlicher Bauweise, doch führt dieser stärkere Gradient auch zu einem insgesamt verstärkten Wärmefluss im Inneren des Kühlraums und somit im Mittel zu einer homogeneren Temperaturverteilung.
• Die Wärmetauscherelemente des erfindungsgemäßen Verdampfers sind vorzugsweise in Drahtrohrbauweise realisiert. Da allerdings in einem mit dem erfindungsgemäßen Verdampfer ausgestatteten Kältegerät kein Wärmefluss zwischen den Fächern erforderlich ist, um einen Temperaturausgleich zu erzielen, können im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch Wärmetauscherelemente in Form von geschlossenwandigen, von Kältemittel durchströmten Platten eingesetzt werden.
• Einer ersten bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung zufolge ist der Versorgungsleitung eine gemeinsame Drosselstelle vorgelagert, die die Entspannung des Kühlmittels für alle Wärmetauscherelemente gemeinsam besorgt. Das Kältemittel liegt somit in der Versorgungsleitung im Wesentlichen in gasförmigem Zustand vor; und sein Druck am Einlassanschluss jedes Wärmetauscherelements ist der gleiche.
• Alternativ kann zwischen der Versorgungsleitung und jedem Wärmetauscherelement eine Drosselstelle angeordnet sein.
• Bevorzugt ist der von Kältemittel durchströmte Querschnitt der gemeinsamen Versorgungsleitung kleiner als der durchströmbare Querschnitt des Wärmetauschers, der wiederum kleiner ist als der von Kältemittel durchströmte Querschnitt der gemeinsamen Saugleitung.
• Vorzugsweise weisen die Versorgungsleitung und/oder die Saugleitung jeweils ein senkrecht zu den Wärmetauscherelementen angeordnetes Steigrohr auf.
• Ferner ist vorzugsweise an das Steigrohr der Versorgungsleitung und/oder der Saugleitung eine Zu- bzw. Abfuhrleitung seitlich angeschlossen, und das Steigrohr ist nach unten über die Anschlussstellen der Zu- bzw. Abfuhrleitung und der Wärmetauscherelemente hinaus verlängert. Diese Verlängerung des Steigrohrs fungiert als Abscheider bzw. als ein Puffervolumen, das flüssiges Kältemittel abfängt und so gewährleistet, dass nur gasförmiges Kältemittel durch die Wärmetauscherelemente strömt bzw. einen an die Saugleitung angeschlossenen Verdichter erreicht.
• Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die beigefügten Figuren. Es zeigen:
• 1 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Verdampfers; und
• 2 einen schematischen Schnitt durch ein Kältegerät, in welchem der Verdampfer aus 1 eingebaut ist.
• Der in 1 gezeigte Verdampfer umfasst in an sich bekannter Weise eine Mehrzahl von plattenförmigen Verdampferelementen 1, die jeweils aus einem mäanderförmigen Rohr 2 gebildet sind, dessen Schleifen durch eine Vielzahl von angelöteten Drähten 3 stabilisiert und versteift sind, von denen in 2 nur zwei exemplarisch am untersten Verdampferelement 1 dargestellt sind.
• Anfang und Ende der Rohre 2 bilden jeweils eine Anschlussstelle 4 bzw. 5, an der das Rohr 2 des Verdampferelements 1 in eine Steigleitung 6 bzw. 7 mündet, die sich geradlinig und senkrecht zur Ebene der Verdampferelemente 1 erstreckt. Der Innendurchmesser der Steigleitungen 6, 7 ist untereinander gleich und um ein Vielfaches größer als der des Rohrs 2.
• Eine Kapillarleitung 8 mündet in die Steigleitung 6 in der Nähe von deren oberem Ende, in Höhe der höchstgelegenen Anschlussstelle 4 oder knapp darüber. Eine Auslassleitung 9 mit großem freiem Durchmesser ist an die Steigleitung 7 in deren unterem Bereich, in Höhe der tiefstgelegenen Anschlussstelle 5 oder darunter, angeschlossen. Aufgrund der Lage der Kapillare 8 und der Auslassleitung 9 an entgegengesetzten Enden der Steigrohre 6, 7 ist die Druckdifferenz zwischen den Anschlussstellen 4, 5 für jedes Wärmetauscherelement 1 die gleiche, und dementsprechend sind auch Kältemitteldurchsatz und Kühlleistung für alle Wärmetauscherelemente 1 gleich.
• Beide Steigleitungen 6, 7 sind über ihre jeweils tiefstliegenden Anschlussstellen, den Anschluss 4 des untersten Verdampferelements 1 im Falle der Steigleitung 6 und die Anschlussstelle 5 oder den Anschluss der Auslassleitung 9 im Falle der Steigleitung 7 nach unten verlängert. Die Verlängerung 10 der Steigleitung 6 dient einerseits als ein Abscheider, in welchem sich ein eventueller Rest an unverdampft aus der Kapillarleitung 8 austretendem Kältemittel sammeln kann, so dass es nicht durch eines der Rohre 2 strömen muss und dabei Geräusche verursacht, bzw. als ein Puffer, an dem Kältemittel kondensieren kann, wenn während eines zeitweiligen Stillstands eines angeschlossenen Verdichters sich der Kältemittelkreis, in dem der Verdampfer eingebaut ist, erwärmt und Kältemittel an anderer Stelle verdampft. Dem gleichen Zweck der Pufferung bzw., bei Nichtvorhandensein der Verlängerung 10, dem Abfangen von flüssig aus einem der Rohre 2 austretendem Kältemittel dient die Verlängerung 11 der Steigleitung 7.
• 2 zeigt einen schematischen Schnitt durch ein mit einem erfindungsgemäßen Verdampfer ausgestattetes Kältegerät. Ein Korpus 12 und eine daran angeschlagene Tür 13 umgeben einen Innenraum 14, der durch Verdampferelemente 1 in Fächer 15 unterteilt ist. In einer im rückwärtigen unteren Bereich des Korpus 2 ausgesparten Nische ist ein Verdichter 16 untergebracht, der einerseits an die durch Steigleitung 7 und Auslassleitung 9 gebildete Saugleitung angeschlossen ist und andererseits mit einem Verflüssiger 17 verbunden ist, der hier in an sich bekannter Weise an der Rückwand des Korpus 12 montiert dargestellt ist. Eine andere Anbringung von Verdichter und Verlüssiger kommt auch in Betracht, beispielsweise in einem unter dem Korpus angeordneten Sockelaggregat.
• Die Kapillarleitung 8 ist Teil einer Verbindungsleitung 18, die im oberen Bereich des Korpus 12 vom Verflüssiger zu der Steigleitung 6 führt.
• Durch die Parallelschaltung der Verdampferelemente 1 haben diese bei Beaufschlagung mit Kältemittel alle im Wesentlichen die gleiche Temperatur. Es gibt daher im Wesentlichen keinen vertikalen Temperaturgradienten im Innenraum 14, sondern nur einen horizontalen, quer zur Schnittebene der 2. Das unterste Fach 15 ist daher genauso effektiv gekühlt wie das oberste, und zusätzliche Kühlschlangen oder dergleichen am Boden des Innenraums 14 zum Kühlen des untersten Fachs 15 sind nicht erforderlich.

Claims (8)

1. Verdampfer für ein Kältegerät mit einer Mehrzahl von plattenförmigen Wärmetauscherelementen (1), dadurch gekennzeichnet, dass jedes der Wärmetauscherelemente (1) einlassseitig mit einer gemeinsamen Versorgungsleitung (6) und auslassseitig mit einer gemeinsamen Saugleitung (7, 9) verbunden ist.
2. Verdampfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmetauscherelemente (1) in Drahtrohrbauweise realisiert sind.
3. Verdampfer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine gemeinsame Drosselstelle (8) der Versorgungsleitung (6) vorgelagert ist.
4. Verdampfer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Versorgungsleitung (6) und jedem Wärmetauscherelement eine Drosselstelle angeordnet ist.
5. Verdampfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Versorgungsleitung (6) und/oder die Saugleitung (7, 9) jeweils ein senkrecht zu den Wärmetauscherelementen angeordnetes Steigrohr (6, 7) umfassen.
6. Verdampfer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass an das Steigrohr (6; 7) eine Leitung (8; 9) seitlich angeschlossen ist, und dass das Steigrohr (6; 7) nach unten über die Anschlussstellen der Leitung (8; 9) und der Wärmetauscherelemente (1) hinaus verlängert ist.
7. Verdampfer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass Versorgungs- (6) und Saugleitung (7, 9) ein Steigrohr (6; 7) von gleichem freiem Querschnitt umfassen, und dass eine Zufuhrleitung (8) zum Steigrohr (6) der Versorgungsleitung (6) bzw. eine Abfuhrleitung (9) für das Kältemittel vom Steigrohr (7) der Saugleitung (7, 9) in Höhe der höchsten Anschlussstelle (4) eines Wärmetauscherelements (1) oder darüber bzw. unterhalb der tiefsten Anschlussstelle (5) eines Wärmetauscherelements oder darunter angeordnet ist.
8. Kältegerät mit einem von einem wärmeisolierenden Gehäuse umschlossenen Innenraum (14) und einem Verdampfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dessen Wärmetauscherelemente (1) den Innenraum (14) in Fächer (15) unterteilen.