DE102010003825A1

DE102010003825A1 - Drahtrohrwärmetauscher, Verfahren zu dessen Herstellung und diesen verwendendes Kältegerät

Info

Publication number: DE102010003825A1
Application number: DE201010003825
Authority: DE
Inventors: Detlef Cieslik; Berthold Pflomm
Original assignee: BSH Bosch und Siemens Hausgeraete GmbH
Current assignee: BSH Hausgeraete GmbH
Priority date: 2010-04-09
Filing date: 2010-04-09
Publication date: 2011-10-13
Also published as: ES2452521T3; RU2519197C1; WO2011124511A2; RU2012144288A; EP2556319B1; CN103403482B; EP2556319A2; CN103403482A; WO2011124511A3

Abstract

Ein Drahtrohrwärmetauscher, insbesondere für ein Haushalts-Kältegerät, umfasst zwei Lagen von Drähten und ein sich in einem Zwischenraum zwischen den Lagen erstreckendes Kältemittelrohr. Der Zwischenraum ist wenigstens teilweise mit Bitumen verfüllt.n den Drähten hindurch in den Zwischenraum eingepresst.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Drahtrohrwärmetauscher, insbesondere für ein Haushaltskältegerät, mit zwei Lagen von Drähten und einem sich in einen Zwischenraum zwischen den Lagen erstreckenden Kältemittelrohr.
Aus DE 199 48 480 A1 ist ein Wärmetauscher dieses Typs bekannt, bei dem in dem Zwischenraum zwischen den zwei Lagen ferner, jeweils zwischen zwei parallelen Abschnitten des Kältemittelrohrs, Beutel eingefügt sind, die mit einem thermischen Energiespeichermedium gefüllt sind. Wenn ein solcher Wärmetauscher in einem Kältegerät eingebaut ist, führt der thermische Ballast, den diese Beutel darstellen, zu einer Verlängerung der Laufzeiten und der Stillstandszeiten eines Verdichters, der das Kältemittel durch die Kältemittelleitung pumpt. Eine solche Verlängerung der Verdichterbetriebsphasen ohne gleichzeitige Vergrößerung des Anteils der Verdichterlaufzeit an der Gesamtbetriebszeit des Kältegeräts ermöglicht einen besonders energieeffizienten Betrieb.
Die Verwendung von biegeschlaffen Beuteln zur Unterbringung des Energiespeichermediums hat zwar den Vorteil, dass ein enger thermischer Kontakt zwischen den Drähten und/oder der Kältemittelleitung einerseits und dem Energiespeichermedium andererseits sichergestellt werden kann, doch besteht eine hohe Gefahr des Leckwerdens der Beutel bei unsachgemäßer Behandlung. Außerdem eignen sich die Beutel zwar gut für einen horizontal eingebauten Wärmetauscher wie etwa einen Verdampfer zwischen zwei Fächern eines Gefriergeräts, doch in der für einen Verflüssiger typischen vertikalen Einbaulage besteht die Gefahr, dass die Beutel in einem unteren Bereich des Wärmetauschers zusammensacken und dadurch ihre Wirksamkeit eingeschränkt ist.
Eine Aufgabe der Erfindung ist, einen Wärmetauscher zu schaffen, der einen effizienten Wärmeaustausch zwischen einem Wärmeträgermedium und einem Energiespeichermedium unabhängig von der Einbaulage des Wärmetauschers garantiert.
Eine zweite Aufgabe der Erfindung ist, einen Wärmetauscher mit einem Energiespeichermedium anzugeben, der ohne die Gefahr des Leckwerdens einen engen thermischen Kontakt mit dem Energiespeichermedium garantiert.
Beide Aufgaben werden erfindungsgemäß gelöst, indem bei einem Drahtrohrwärmetauscher, insbesondere für ein Haushaltskältegerät, mit zwei Lagen von Drähten und einem sich in einem Zwischenraum zwischen den Lagen erstreckenden Kältemittelrohr der Zwischenraum wenigstens teilweise mit Bitumen als Energiespeichermedium verfüllt ist. Bitumen kann durch Erhitzen leicht plastisch gemacht werden, so dass es sich eng an eine beliebige Kontur der Drähte oder des Kältemittelrohrs des Drahtrohrwärmetauschers anzuschmiegen vermag und ein intensiver Wärmeaustausch zwischen den Drähten oder dem Kältemittelrohr einerseits und dem Bitumen andererseits möglich wird. Bei den in einem Kältegerät auftretenden Betriebstemperaturen des Wärmetauschers ist das Bitumen fest, so dass anders als bei einem flüssigkeitsgefüllten Beutel keine Gefahr besteht, dass das Bitumen seinen Einbauort verlässt.
Um einen engen thermischen Kontakt zu garantieren, ist vorzugsweise wenigstens eine erste der zwei Lagen von Drähten zum überwiegenden Teil, d. h. auf einem überwiegenden Teil der Länge der Drähte und/oder auf einem überwiegenden Teil ihres Umfangs, in das Bitumen eingebettet.
Um den Wärmeaustausch mit der Umgebung nicht zu beeinträchtigen, sollte das Bitumen eine große frei liegende Oberfläche haben. Daher ist es für die Wirksamkeit des Wärmetauschers zweckmäßig, wenn die eingebetteten Drähte der ersten Lage sich an einer Oberfläche des Bitumens abzeichnen.
In der Praxis weist die Oberfläche des Bitumens vorteilhafterweise Rippen auf, in denen die Drähte der ersten Lage verlaufen. Der Überstand der Rippen über benachbarte Bereiche der Oberfläche, insbesondere über sich jeweils zwischen den Rippen erstreckende Rillen, sollte wenigstens dem Durchmesser der Drähte entsprechen.
Vorzugsweise ist auf einem überwiegenden Teil der Fläche des plattenförmigen Drahtrohrwärmetauschers der Zwischenraum vollflächig mit Bitumen verfüllt.
Um die Bitumenschicht vor Beschädigung zu schützen, ist es vorteilhaft, wenn das Bitumen nicht über die Drähte der zweiten Lage übersteht.
Um andererseits eine möglichst hohe Energiespeicherkapazität zu schaffen, ist die Menge des eingesetzten Bitumens vorzugsweise so groß, dass das Bitumen die Drähte der zweiten Lage berührt.
Ein Randbereich des plattenförmigen Drahtrohrwärmetauschers kann zweckmäßigerweise, ebenfalls um die Gefahr einer Beschädigung der Bitumenschicht zu verringern, von Bitumen freigehalten sein. Dieser Randbereich kann insbesondere randständige Drähte der ersten und der zweiten Lage und/oder die jeweils am weitesten außen liegenden von mehreren parallelen Abschnitten des Kältemittelrohrs umfassen.
Gegenstand der Erfindung ist auch ein Kältegerät, insbesondere ein Haushaltskältegerät, bei dem ein Drahtrohrwärmetauscher der oben beschriebenen Art an einer Außenfläche des Korpus als Verflüssiger montiert ist.
Wenn das Bitumen nicht über die Drähte der zweiten Lage übersteht, ist der Drahtrohrwärmetauscher zweckmäßigerweise so am Korpus angebaut, dass die zweite Lage des Drahtrohrwärmetauschers vom Korpus abgewandt ist. So ist die Bitumenschicht, auch wenn sie an der entgegengesetzten, dem Korpus zugewandten Oberfläche des Wärmetauschers freiliegt, im eingebauten Zustand vor Beschädigung geschützt.
Ein vorteilhaftes Verfahren zum Fertigen eines Drahtrohrwärmetauschers vom oben beschriebenen Typ umfasst die Schritte:

a) Befestigen eines Kältemittelrohrs zwischen zwei Lagen von Drähten;
b) Platzieren einer Bitumenfolie an einer Außenseite der ersten Lage von Drähten;
c) Hindurchpressen wenigstens eines Teils der Bitumenfolie durch die Lücken zwischen den Drähten der ersten Lage.

Aus dem teilweisen Hindurchpressen des Bitumens resultiert eine Einbettung der Drähte der ersten Lage in der Bitumenschicht und damit eine sichere Verankerung des Bitumens an dem Wärmetauscher.
Um das Bitumen in einen zum Hindurchpressen geeigneten plastischen Zustand zu bringen, wird es zweckmäßigerweise erwärmt. Besonders bevorzugt ist ein Temperaturbereich zwischen 70 und 90°C. Es hat sich gezeigt, dass in diesem Temperaturbereich eine feste Anhaftung des Bitumens an den Drähten der ersten Lage ohne die zusätzliche Verwendung von Klebemitteln erreichbar ist. Höhere Temperaturen führen aufgrund der zunehmenden Fließfähigkeit des Bitumens zu einer schlechteren Haftung; niedrigere Temperaturen erfordern sehr hohe Presskräfte, die die Struktur des Drahtrohrwärmetauschers beschädigen können.
Um am fertigen Wärmetauscher bei gegebenen Kantenabmessungen eine große Oberfläche der Bitumenschicht zu realisieren, über die ein intensiver Wärmeaustausch mit der Umgebung möglich ist, ist es zweckmäßig, zum Hindurchpressen des Bitumens ein nachgiebiges Kissen zu verwenden, in das sich die Drähte der ersten Lage eindrücken können. Ein solches Kissen kann insbesondere aus Silikon bestehen.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Es zeigen:
1 eine auseinander gezogene Ansicht eines Stücks eines Wärmetauschers, einer Bitumenfolie und eines Pressstempels;
2 das Wärmetauscherstück der 1 mit angepresster Bitumenfolie;
3 einen schematischen Schnitt durch einen Drahtrohrwärmetauscher vor dem Verpressen von Bitumenfolien gemäß einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung;
4 den fertig verpressten Wärmetauscher gemäß der zweiten Ausgestaltung; und
5 eine Ansicht eines Kältegerät mit einem erfindungsgemäßen Wärmetauscher.
1 zeigt in einer perspektivischen Ansicht einen Ausschnitt aus einem Drahtrohrwärmetauscher 1 von an sich bekanntem Aufbau, mit zwei zueinander parallelen Lagen 2, 3 von Drähten 2a, 2b, ..., 3a, 3b, ... und einem in einem Zwischenraum 4 zwischen den Lagen 2, 3 mäanderartig verlaufenden und mit den Drähten der zwei Lagen 2, 3 durch Punktschweißungen fest verbundenen Kältemittelrohr 5. Oberhalb des Drahtrohrwärmetauschers ist ein Ausschnitt einer Bitumenfolie 6 dargestellt.
Über der Folie 6 ist – ebenfalls ausschnittweise – ein Stempel 7 mit einer starren Platte und einem der Folie 6 zugewandten Kissen 9 aus einem nachgiebigen Material, insbesondere aus Silikon, gezeigt.
Um einen erfindungsgemäßen Wärmetauscher zu fertigen, wird der Wärmetauscher 1 wie in 2 im Querschnitt gezeigt, in einer Hohlform 10 platziert, wobei äußere Bögen 11 des Kältemittelrohrs 5 und gegebenenfalls diesen benachbarte randständige Drähte 2a, 3a der Lagen 2, 3 zwischen Teilen 12, 13 der Hohlform 10 dicht eingeschlossen werden. Die Kantenlängen eines zentralen Freiraums der Hohlform 10 entsprechen denen des Stempels 7. Die Breite der Bitumenfolie 6 entspricht ebenfalls der Breite des Hohlraums. Die Länge der Bitumenfolie 6 kann kleiner sein als die des Hohlraums und des Wärmetauschers 1, so dass zwei geradlinige Abschnitte 18 des Kältemittelrohrs 5 an entgegengesetzten Rändern des im Wesentlichen rechteckigen Wärmetauschers 1 nicht von der Folie 6 bedeckt werden.
Die Bitumenfolie 6 wird in der Hohlform 10 auf eine Temperatur von ca. 80°C erhitzt. Bei dieser Temperatur wird das Bitumen plastisch und dringt unter dem Druck des Stempels 7 durch Spalte zwischen den Drähten der Lage 2 in den Zwischenraum 4 ein. 3 zeigt diesen Sachverhalt in einer zur 1 analogen perspektivischen Teilansicht des Wärmetauschers 1 und des Stempels 7 unter Weglassung der Hohlform 10. Der größte Teil des Bitumens ist in den Zwischenraum 4 hinein verlagert; wobei die Materialströme, die einen Draht 2b, 2c, ... an seinen entgegengesetzten Seiten passiert haben, an der strömungsabgewandten Seite des Drahtes wieder miteinander verschmolzen sind, so dass sich lediglich noch eine schmale Rille 14 im Strömungsschatten des Drahtes an einer der Lage 3 benachbarten Oberfläche der Bitumenfolie 6 abzeichnet. Da das Bitumen über einem Spalt zwischen zwei Drähten der Lage 2 nachgiebiger ist als unmittelbar über diesen Drähten, sind in die das Bitumen berührende Oberfläche des Kissens 9 jeweils am Ort der Drähte 2a, 2b, ... und des Kältemittelrohrs 5 Rillen eingedrückt. Daher wird an der dem Stempel 7 zugewandten Seite der Drähte 2 das Bitumen nicht völlig verdrängt, sondern es bleibt eine dünne Schicht Bitumen zwischen den Drähten 2b, 2c... und dem Stempel 7 zurück, so dass die Drähte 2b, 2c, ... auf ihrem gesamten Umfang in das Bitumen der Folie 6 eingebettet sind. So resultiert später, nach dem Erkalten, eine feste Verankerung des Bitumens an dem Wärmetauscher 1.
Die dem Stempel 7 zugewandte Oberfläche der Bitumenfolie 6 bekommt durch das Pressen eine starke Konturierung; die zur Intensivierung des Wärmeaustauschs mit der Umgebung durchaus erwünscht ist. Die Stärke der Konturierung ist über Pressdruck, Presstemperatur und Nachgiebigkeit des Kissens 9 beeinflussbar; vorzugsweise ist sie so eingestellt, dass die Spitzen von sich in der Oberfläche des Bitumens ausbildenden, die Drähte 2 umgebenden Rippen 15 um wenigstens den Durchmesser der Drähte 2 über jeweils zwischen den Rippen 15 liegende Vertiefungen 16 überstehen.
Einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung zufolge werden Bitumenfolien 6, wie in 4 dargestellt, an zwei Seiten eines Drahtrohrwärmetauschers 1 platziert und unter Erhitzung gegeneinander gedrückt, wodurch die in 5 im Schnitt gezeigte Verdampferstruktur erhalten wird. Hier sind die Drähte beider Lagen 2, 3 des Wärmetauschers 1 im Wesentlichen auf ihrem gesamten Umfang in das Bitumen eingebettet, und im Zwischenraum 4 zwischen den Lagen 2, 3 sind die von beiden Seiten her in den Zwischenraum hineingedrückten Bitumenfolien 6 miteinander verschmolzen. Aufgrund der Verschmelzung der Folien 6 ist das Bitumen auch dann fest verankert, wenn die Drähte 2b, 2c, ..., 3b, 3c, ... nicht auf ihrem gesamten Umfang vom Bitumen umflossen sind, sondern im Strömungsschatten der Drähte 2b, 2c, ..., 3b, 3c, ... Spalte 19 auf einem Teil des Umfangs der Drähte 2b, 2c, ..., 3b, 3c, ... offen bleiben.
6 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Haushaltskältegeräts, das mit einem gemäß den mit Bezug auf 1 bis 3 dargestellten Verfahren erhaltenen Drahtrohrwärmetauscher als Verflüssiger ausgestattet ist. Der Wärmetauscher 20 ist an einer Rückwand eines Korpus 17 des Kältegeräts montiert. Das Kältemittelrohr 5 umfasst eine Mehrzahl von parallelen, horizontal geführten Rohrabschnitten 18, die durch Bögen 11 in Reihe verbunden sind. Die Bitumenfolie 6 ist von der der Rückwand des Korpus 17 zugewandten Seite her in den Wärmetauscher 20 eingepresst. Die Kantenlänge der Folie 6 ist so bemessen, dass von den Rohrabschnitten 18 jeweils der oberste und der unterste, mit 18a bezeichnet, nicht vom Bitumen berührt wird. Die übrigen Rohrabschnitte 18 sind auf einem Großteil ihres Umfangs vom Bitumen umflossen und dementsprechend in der Figur lediglich als gestrichelte Linien dargestellt. Die Drähte der dem Korpus 17 zugewandten Lage 2 sind in 6 nicht dargestellt; sie sind mit Ausnahme der Drähte 2a am rechten und linken Rand des Verdampfers sowie ihrer an den äußeren Rohrabschnitten 18' befestigten Enden vollständig in das Bitumen eingebettet. Die Dicke der Bitumenfolie 6 ist so bemessen, dass die Folie 6 im fertig verformten Zustand soeben nicht in die Spalte zwischen den Drähten 3a, 3b, 3c, ... der vom Korpus 17 abgewandten Lage 3 eindringt. Diese Drähte 3a, 3b, 3c, ... bleiben frei sichtbar und sind dementsprechend in der Figur als durchgezogene Linien dargestellt. Auf diese Weise ist das Bitumen beim fertig zusammengebauten Kältegerät einerseits durch die Drähte der vom Korpus 17 abgewandten Lage 3 und an seinen Rändern durch die randständigen Drähte 2a, 3a der Lagen 2 und 3 bzw. die äußeren Rohrabschnitte 18a vor Beschädigung geschützt. Die dem Korpus 17 zugewandte Oberfläche des Wärmetauschers ist durch die dort frei liegende Bitumenschicht weitgehend frei von scharfen Ecken und Kanten, an denen Staub hängen bleiben kann. Da das Bitumen den Zwischenraum 4 weitgehend ausfüllt, kann sich auch von der korpusabgewandten Seite kaum Staub am Wärmetauscher 1 absetzen. Die Bitumenschicht bildet daher nicht nur einen thermischen Ballast, der es erlaubt, durch Verlängerung der Verdichterbetriebsphasen den Wirkungsgrad des Geräts zu verbessern, sondern er begrenzt auch die Ausbildung einer den Wärmetauscher 1 isolierenden und damit den Wirkungsgrad beeinträchtigenden Staubschicht im Laufe des Betriebs.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19948480 A1 [0002]

Claims

Drahtrohrwärmetauscher, insbesondere für ein Haushalts-Kältegerät, mit zwei Lagen (2; 3) von Drähten (2a, 2b, ...; 3a, 3b, ...) und einem sich in einem Zwischenraum (4) zwischen den Lagen (2; 3) erstreckenden Kältemittelrohr (5), dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenraum (4) wenigstens teilweise mit Bitumen (6) verfüllt ist.
Drahtrohrwärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine erste (2) der zwei Lagen (2; 3) zum überwiegenden Teil in das Bitumen (6) eingebettet ist.
Drahtrohrwärmetauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die eingebetteten Drähte (2b, 2c, ...) der ersten Lage (2) sich an einer Oberfläche des Bitumens abzeichnen (14; 15).
Drahtrohrwärmetauscher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des Bitumens (6) Rippen (15) aufweist, in denen die Drähte (2b, 2c, ...) verlaufen, und dass der Überstand der Rippen (15) über benachbarte Bereiche (16) der Oberfläche wenigstens dem Durchmesser der Drähte (2b, 2c) entspricht.
Drahtrohrwärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf einem überwiegenden Teil der Fläche des plattenförmigen Drahtrohrwärmetauschers der Zwischenraum (4) vollflächig mit Bitumen (6) verfüllt ist.
Drahtrohrwärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bitumen (6) nicht über die Drähte (3a, 3b, ...) der zweiten Lage (3) übersteht.
Drahtrohrwärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bitumen (6) die Drähte der zweiten Lage berührt
Drahtrohrwärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Randbereich des plattenförmigen Drahtrohrwärmetauschers von Bitumen frei ist.
Drahtrohrwärmetauscher nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Randbereich randständige Drähte (2a; 3a) der ersten und der zweiten Lage (2; 3) und/oder die jeweils am weitesten außen liegenden (18a) von mehreren parallelen Abschnitten (18) des Kältemittelrohrs (5) umfasst.
Kältegerät, insbesondere Haushaltskältegerät, mit einem Korpus (17) und einem an einer Außenfläche des Korpus montierten Drahtrohrwärmetauscher (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Kältegerät nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Drahtrohrwärmetauscher (20) ein Drahtrohrwärmetauscher nach Anspruch 6 ist und dass die zweite Lage (3) des Drahtrohrwärmetauschers (20) vom Korpus (17) abgewandt ist.
Verfahren zum Fertigen eines Drahtrohrwärmetauschers (20) mit den Schritten: a) Befestigen eines Kältemittelrohrs (5) zwischen zwei Lagen (2; 3) von Drähten (2a, 2b, ...; 3a, 3b, ...); b) Platzieren einer Bitumenfolie (6) an einer Außenseite wenigstens der ersten Lage (2) von Drähten (2a, 2b, ...); c) Hindurchpressen wenigstens eines Teils der Bitumenfolie (6) durch Lücken zwischen den Drähten (2a, 2b, ...) der ersten Lage (2).
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Hindurchpressen bei einer Temperatur zwischen 70 und 90°C stattfindet.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass zum Hindurchpressen ein nachgiebiges Kissen (9), insbesondere aus Silikon, verwendet wird.