DE102010028526A1

DE102010028526A1 - Kältegerät und Verdampfer dafür

Info

Publication number: DE102010028526A1
Application number: DE102010028526A
Authority: DE
Inventors: Dr. Holzer Stefan
Original assignee: BSH Bosch und Siemens Hausgeraete GmbH
Current assignee: BSH Hausgeraete GmbH
Priority date: 2010-05-04
Filing date: 2010-05-04
Publication date: 2011-11-10
Also published as: RU2012147338A; EP2567168A1; EP2567168B1; RU2529302C2; CN102985778B; WO2011138145A1; CN102985778A

Abstract

Ein Verdampfer für ein Kältegerät umfasst ein Kältemittel führendes Rohr, wenigstens eine Trägerplatte, an der das Rohr befestigt ist, und eine zwischen dem Rohr und der Trägerplatte angeordnete Wärmeverteilerplatte, die das Rohr klemmende Vorsprünge trägt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kältegerät, insbesondere ein Haushaltskältegerät, und einen in einem solchen Kältegerät verwendbaren Verdampfer.
Ein solcher Verdampfer umfasst herkömmlicherweise ein Rohr, in dem Kältemittel zirkuliert, eine Trägerplatte, an der das Rohr befestigt ist und über die ein Wärmeaustausch zwischen dem Rohr und einem von dem Verdampfer gekühlten Innenraum des Kältegeräts stattfindet, und eine zwischen dem Rohr und der Trägerplatte angeordnete Wärmeverteilerschicht, die einen effizienten Wärmeübergang zwischen der Trägerplatte und dem Rohr vermittelt.
Aus DE 20 2005 000 909 U1 ist ein Verdampfer dieses Typs bekannt, bei dem die Trägerplatte eine in einem Innenbehälter des Kältegeräts ausgeformte Gefrierfachwanne ist, um die das Rohr herumgewickelt ist. Als Wärmeverteilerschicht können Metallplatten zwischen dem Rohr und der Gefrierfachwanne angeordnet und an Rohr und Gefrierfachwanne jeweils mit doppelseitigem Klebeband befestigt sein. Da die Kontaktfläche zwischen der ebenen Metallplatte und dem runden Rohr klein ist, beeinträchtigt das doppelseitige Klebeband an dieser Stelle den Wärmefluss zwischen Gefrierfachwanne und Rohr erheblich mehr als die großflächige Klebebandschicht zwischen Metallplatte und Gefrierfachwanne.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, einen Verdampfer für ein Kältegerät zu schaffen, der bei geringen Kosten dem herkömmlichen Verdampfer in seinen thermischen Eigenschaften zumindest ebenbürtig ist.
Die Aufgabe wird gelöst, indem bei einem Verdampfer für ein Kältegerät mit einem Kältemittel führenden Rohr, wenigstens einer Trägerplatte, an der das Rohr befestigt ist, und einer zwischen dem Rohr und der Trägerplatte angeordneten Wärmeverteilerplatte die Wärmeverteilerplatte das Rohr klemmende Vorsprünge trägt. Diese Klemmung ermöglicht einerseits eine schnelle Montage des Rohrs an der Wärmeverteilerplatte und andererseits einen direkten Kontakt zwischen dem Rohr und der Wärmeverteilerplatte.
Eine den Wärmeübergang beeinträchtigende Klebschicht zwischen Rohr und Wärmeverteilerplatte kann daher entfallen.
Die das Rohr klemmenden Vorsprünge sind vorzugsweise einteilig mit der Verteilerplatte ausgebildet, um einen effizienten Wärmeaustausch mit dem Rohr auch über die Vorsprünge selbst zu ermöglichen.
Um einen großflächigen Wärmeaustausch zu ermöglichen, weist die Wärmeverteilerplatte vorzugsweise eine sich formschlüssig an das Rohr anschmiegende Konkavität auf.
Vorzugsweise weisen die Vorsprünge einander paarweise gegenüberliegende konkave Flanken auf, so dass das Rohr zwischen den sich gegenüberliegenden Flanken zweier Vorsprünge geklemmt werden kann.
Um eine große Kontaktfläche für einen effizienten Wärmeübergang zu schaffen, können die Vorsprünge zweckmäßigerweise als sich entlang des Rohrs erstreckende Rippen ausgebildet sein.
Wenn der Verdampfer zum Kühlen eines Gefrierfachs in einem Haushaltskältegerät eingesetzt werden soll, sollte die Verteilerplatte eine Wärmeübergangszahl von wenigstens 0,4 Wm^–2K^–1 aufweisen.
Einer bevorzugten Ausgestaltung zufolge ist die Verteilerplatte aus einem mit einem wärmeleitenden Zusatz beaufschlagten Kunststoff gebildet. Während verbreitete Kunststoffe wie etwa PS oder PE in Reinform typischerweise Werte der Wärmeleitfähigkeit von 0,15 bis 0,3 Wm^–1K^–1 aufweisen, sind durch geeignete Zusatzstoffe Wärmeleitfähigkeiten von über 1 Wm^–1K^–1 ohne Schwierigkeiten erreichbar.
Da auch diese erhöhte Wärmeleitfähigkeit deutlich kleiner ist als die eines gut wärmeleitenden Metalls, ist eine größere Dicke der Verteilerplatte erforderlich, um eine ähnlich homogene Wärmeverteilung in der Trägerplatte zu erreichen wie bei Verwendung einer metallischen Verteilerplatte. Die hiermit verbundenen Materialkosten sind jedoch gering im Vergleich zu einer metallischen Verteilerplatte, und die Vorsprünge (sowie ggf. die Konkavität) sind an einer Verteilerplatte aus Kunststoff ungleich einfacher und preiswerter realisierbar als an einer Verteilerplatte aus Metall.
Vorzugsweise beträgt die Wärmeleitfähigkeit des mit dem Zusatz beaufschlagten Kunststoffs wenigstens 1,5 Wm^–1K^–1, besser noch wenigstens 2 Wm^–1K^–1.
Eine solche Wärmeleitfähigkeit ist unter Verwendung von Graphit als wärmeleitendem Zusatz gut erreichbar.
In der Praxis sollte der Graphitzusatz vorzugsweise wenigstens 100 mg pro cm² der Fläche der Verteilerplatte, vorzugsweise wenigstens 200 mg pro cm² der Plattenfläche betragen.
Zu hohe Graphitzusätze können die mechanische Festigkeit des Kunststoffs beeinträchtigen. Eine aus einem hohen Graphitzusatz resultierende Nachgiebigkeit des Kunststoffs fördert zwar einen engen, großflächigen Kontakt zwischen Rohr und Verteilerplatte, sie beeinträchtigt aber gleichzeitig insbesondere wenn die Vorsprünge einteilig mit der Verteilerplatte ausgebildet sind – die Klemmkraft, mit der das Rohr gegen die Verteilerplatte gedrückt wird. Es kann daher auch sinnvoll sein, ein Metallpulver als Zusatz zu verwenden, das die Festigkeit der Verteilerplatte nicht wesentlich beeinträchtigt. Zwar kann das Metallpulver abrasiv auf beim Formen der Verteilerplatte verwendete Spritzwerkzeuge wirken, doch kann dem bei gleichzeitiger Verwendung von Graphit durch dessen Schmierwirkung entgegengewirkt werden.
Die Trägerplatte kann gleichzeitig eine Wand eines Innenbehälters, insbesondere des Gefrierfachs, in einem erfindungsgemäßen Kältegerät sein.
Die Verwendung der Verteilerplatte ist besonders vorteilhaft, wenn die Trägerplatte die Rückwand des Innenbehälters ist, da ein sich über die Rückwand erstreckender Abschnitt des Rohrs nicht durch Herumwickeln um den Innenbehälter befestigt werden kann.
Wenn ein Abschnitt des Rohrs schraubenlinienförmig um Boden-, Decken- und Seitenwände des Innenbehälters gewickelt ist, kann die Verteilerplatte zweckmäßigerweise wenigstens ein zusätzliches Segment des Rohrs klemmen, das sich zwischen einander benachbarten Segmenten des schraubenlinienförmig gewickelten Abschnitts erstreckt. Mit dem wenigstens einen zusätzlichen Segment ist es möglich, an einer der umwickelten Wände eine höhere Verlegedichte des Rohrs als an anderen Wänden zu erzielen, um ggf. Temperaturgradienten im von dem Innenbehälter begrenzten Lagerfach entgegenzuwirken.
Die Erfindung ist allerdings auch anwendbar auf einen Verdampfer, dessen Trägerplatte frei in einem Innenraum des Kältegeräts angeordnet ist.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Es zeigen:
1 einen schematischen Querschnitt durch ein Haushaltskältegerät gemäß der Erfindung;
2 einen Schnitt durch eine Wand des Gefrierfachs des Kältegeräts aus 1 gemäß einer ersten Ausgestaltung;
3 einen Schnitt durch eine Wand des Gefrierfachs des Kältegeräts aus 1 gemäß einer zweiten Ausgestaltung;
4 einen Schnitt durch eine Wand des Gefrierfachs des Kältegeräts aus 1 gemäß einer dritten Ausgestaltung;
5 eine schematische perspektivische Ansicht eines Gefrierfach-Innenbehälters mit einem Verdampfergemäß einer vierten Ausgestaltung der Erfindung.
1 zeigt einen Schnitt durch ein Kombinations-Haushaltskältegerät mit einem Korpus 1, einem Normalkühlfach 2, einem Gefrierfach 3 und Türen 4, 5 zum Verschließen der beiden Fächer 2, 3. Die Fächer 2, 3 sind in an sich bekannter Weise durch aus Kunststoff tiefgezogene Innenbehälter von einer sie umgebenden Isolationsmaterialschicht 6 abgegrenzt. Die Innenbehälter sind jeweils kastenförmig mit einer zur Tür 4 bzw. 5 hin offenen Vorderseite, einer Rückwand 7, Decken-Boden- und Seitenwänden 8, 9 bzw. 10.
Die der Isolationsmaterialschicht 6 zugewandten Außenseiten der Wände 8, 9, 10 des Innenbehälters des Gefrierfachs 3 sind mit einer Folie aus Graphit oder aus graphitgefülltem Kunststoff beklebt, die in 1 aufgrund ihrer geringen Stärke nicht sichtbar ist. Die Folie kann jeweils stückweise an jeder Wand 8, 9, 10 einzeln verklebt sein, oder sie ist in einem Stück um alle vier Wände 8, 9, 10 gewickelt. Eine Wärmeverteilerplatte 12 ist bei beiden Fächern 2, 3 an einer der Isolationsmaterialschicht 6 zugewandten Außenseite der Rückwand 7 mit Hilfe von großflächig angebrachtem doppelseitigem Klebeband oder einem anderen geeigneten Klebmittel befestigt. Ein Kältemittelrohr 11 aus Aluminium erstreckt in Mäandern über die Wärmeverteilerplatte 12. Im Falle des Gefrierfachs 3 ist das Kältemittelrohr 11 in Reihe verbunden mit einem Rohr 20, das sich in engem Kontakt mit der Folie schraubenlinienförmig über die Wände 8, 9, 10 des Innenbehälters erstreckt.
2 zeigt einen Schnitt durch die Rückwand 7, die Wärmeverteilerplatte 12 und das an ihr befestigte Rohr 11 des Normalkühlfachs 2 oder des Gefrierfachs 3 im Schnitt entlang einer vertikalen Ebene. Das Rohr 11 erstreckt sich an der Verteilerplatte 12 in mehreren Mäandern mit horizontal orientierten geradlinigen Segmenten 13 und die Segmente 13 in Reihe verbindenden Halbkreisbögen 14. Die Segmente 13 sind an der Verteilerplatte 12 mit Hilfe von Haken 15 befestigt, die einteilig mit der Verteilerplatte 12 spritzgeformt sind. Die Haken 15 sind kreisbogenförmig mit einem Krümmungsradius, der in entspanntem Zustand geringfügig kleiner als der Radius des Rohrs 11 ist, so dass, wenn das Rohr 11 wie dargestellt montiert ist, die Haken 15 unter Spannung stehen, sich eng an die Segmente 13 anschmiegen und diese gegen die Verteilerplatte 12 drücken.
Im oberen Bereich von 2 sind zwei Haken 15 gezeigt, an denen noch kein Segment 13 des Rohrs 11 montiert ist. Man erkennt hier eine Rinne 16, die in der Oberfläche der Verteilerplatte 12 dem vorgesehenen Verlauf des Rohrs 11 folgend abgeformt ist. Der Krümmungsradius der im Querschnitt kreisbogenförmigen Rinne 16 entspricht dem der Rohrsegmente 13, so dass, wenn das Rohr 11 montiert ist, ein von den Haken 15 gehaltenes Rohrsegment 13 die Verteilerplatte 12 auf der gesamten Oberfläche der Rinne 16 berührt. Dies und das Fehlen einer schlecht wärmeleitenden Klebstoffschicht zwischen dem Rohr 11. und der Verteilerplatte 12 gewährleistet einen effizienten Wärmeaustausch zwischen dem Rohr 11 und der Verteilerplatte 12.
Besonders einfach zu formen ist die Verteilerplatte 12, wenn den Haken 15 jeweils Öffnungen 17 der Platte gegenüber liegen, wie in 3 gezeigt. So genügt zum Formen der Verteilerplatte 12 einschließlich der Haken 15 ein einfaches Formwerkzeug mit zwei gegeneinander beweglichen Teilen, von denen eines die der Innenbehälterwand 7 zugewandte Seite der Verteilerplatte 12 und, mit Hilfe von durch die Öffnungen 17 hindurch greifenden Vorsprüngen, die Innenseiten der Haken 15 und das andere die der Isolationsmaterialschicht 6 zugewandte Seite der Verteilerplatte 12 und die Außenseiten der Haken 15 formt.
4 zeigt in einer zu 2 und 3 analogen Ansicht eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung. Die Haken 15 sind hier ersetzt durch von der Verteilerplatte 12 abstehende, sich paarweise gegenüber liegende Rippen 18. Die Rippen 18 erstrecken sich in horizontaler Richtung jeweils über die gesamte Länge eines geradlinigen Segments 13 des Rohrs 11. Konkave Flanken 19 an den einander zugewandten Seiten der Rippen 18 schmiegen sich eng an das Rohr 11 an und ermöglichen einen effizienten Wärmeaustausch auf mehr als der Hälfte des Umfangs des Rohrs 11.
Um die Rückwand 7 auf ihrer gesamten von der Verteilerplatte 12 bedeckten Fläche gleichmäßig zu kühlen, muss die Verteilerplatte 12 Wärme besser leiten, als im Kältegerätebau bislang verbreitete Reinkunststoffe dies tun. Um ein ausreichendes Wärmeleitvermögen der Verteilerplatte 12 sicherzustellen, ist gemäß der Erfindung vorgesehen, die Platte 12 nach einer beliebigen der oben beschriebenen Ausgestaltungen aus einem mit einem gut wärmeleitenden Zusatz beaufschlagten Kunststoff zu fertigen, insbesondere aus Polystyrol mit zugesetztem Graphit. Durch den Zusatz von Graphit zum Polystyrol ist eine Wärmeleitfähigkeit von 2 Wm^–1K^–1 realisierbar, ohne dass die Festigkeit des Materials übermäßig beeinträchtigt wird. Bei einer Dicke der Platte von 1,5 mm ist so eine Wärmeübergangszahl von 0,467 Wm^–2K^–1 erreichbar. Der Graphitzusatz beträgt hierfür vorzugsweise wenigstens 100 mg pro cm² Fläche der Verteilerplatte 12, besser noch wenigstens 200 mg Graphit/cm².
Denkbar ist auch, die erforderliche Wärmeleitfähigkeit durch einen Zusatz von Metallpulver, zum Beispiel Aluminiumpulver, zum Kunststoff der Verteilerplatte 12 zu realisieren. Durch Verwendung von Metallpulver anstelle von Graphit kann eine Verringerung der Festigkeit der fertigen Verteilerplatte 12 vermieden oder zumindest verringert werden. Ein Problem ist jedoch, dass das Metallpulver abrasiv auf die zur Fertigung der Verteilerplatte 12 verwendeten Formen wirkt. Denkbar ist aber auch, Metallpulver- und Graphitzusätze zu mischen. Indem der Graphitanteil niedriger gehalten wird als bei einem nur mit Graphit bezuschlagten Material mit gleicher Wärmeleitfähigkeit, kann der Festigkeitsverlust des Materials in Grenzen gehalten werden. Gleichzeitig reduziert die Schmierwirkung des Graphits die abrasive Wirkung des Metallpulvers auf die Formen.
5 zeigt in einer perspektivischen Ansicht schräg von unten einen Gefrierfach-Innenbehälter gemäß einer Weiterentwicklung der vorliegenden Erfindung. Decken-, Boden- und Seitenwände 8, 9, 10 des Innenbehälters sind mit einer graphithaltigen Folie überzogen, die wie die oben beschriebene Verteilerplatte 12 als eine Wärmeverteilerschicht zwischen den Wänden 8, 9, 10 des Innenbehälters und dem schraubenlinienförmig um diese Wände 8, 9, 10 gewickelten Rohr 20 wirkt. Die graphithaltige Folie kann aus im Wesentlichen reinem Graphit bestehen. Um eine Wärmeübergangszahl von 0,47 W/m²K zu erreichen, genügt eine kostengünstige, 100 μm dicke Folie. Anstelle der reinen Graphitfolie kann auch eine Folie verwendet werden, in der der besseren Handhabbarkeit wegen eine Graphitschicht zwischen zwei Kunststofffolien eingebettet ist, oder eine einschichtig aus einem Kunststoffmaterial mit einem hohen zugesetzten Graphitanteil gefertigte und dementsprechend weiche Folie.
An der Rückwand 7 des Innenbehälters ist das Rohr 11 mit Hilfe der bereits beschriebenen Verteilerplatte 12 befestigt. So kann das Gefrierfach von fünf Seiten her gleichzeitig gekühlt werden, lediglich über seine offene Vorderseite kann noch Wärme eindringen. Um den Wärmeeinfall an der offenen Vorderseite zu kompensieren und eine möglichst homogene Temperaturverteilung in dem Gefrierfach zu erhalten, ist es wünschenswert, die Dichte, mit der die Rohre verlegt sind, in einem vorderen Bereich wenigstens der Bodenwand 9 zu vergrößern. Eine solche erhöhte Verlegedichte an einer einzigen Wand ist jedoch mit dem schraubenlinienförmig um die Wände 8, 9, 10 gewickelten Rohr 20 nicht realisierbar. Um dennoch die Verlegedichte im vorderen Bereich der Bodenwand 9 vergrößern zu können, ist hier eine zweite Platte 21 aus graphithaltigem Kunststoff angebracht. Sie kann auf die graphithaltige Folie aufgeklebt sein, oder die Folie ist in der von der Platte 21 belegten Fläche ausgespart. Ein Segment 22 des um die Wände 8, 9, 10 gewickelten Rohrs 20 erstreckt sich über die Verteilerplatte 21 in deren Längsrichtung. Beiderseits dieses Rohrsegments 22 sind Paare von Rippen 18 gebildet, die zwischen sich zu dem Rohrsegment 22 parallele Rohrsegmente 23, 24 klemmen. Diese Rohrsegmente 23, 24 sind untereinander und mit einem Ende des schraubenlinienförmig um die Wände gewickelten Rohr 20 über Bögen 25, 26 verbunden. Ein entlang einer Kante 27 zwischen Boden- und Seitenwand 9, 10 verlaufendes Rohrstück 28 stellt eine Verbindung zu dem über die Rückwand 7 verlaufenden Rohr 11 her.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 202005000909 U1 [0003]

Claims

Verdampfer für ein Kältegerät mit einem Kältemittel führenden Rohr (11; 23, 24), wenigstens einer Trägerplatte (7; 9), an der das Rohr (11; 23, 24) befestigt ist, und einer zwischen dem Rohr (11; 23, 24) und der Trägerplatte (7; 9) angeordneten Wärmeverteilerplatte (12; 21), dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeverteilerplatte (12; 21) das Rohr (11; 23, 24) klemmende Vorsprünge (15; 18) trägt.
Verdampfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorsprünge (15; 18) einteilig mit der Verteilerplatte (12; 21) ausgebildet sind.
Verdampfer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeverteilerplatte (12; 21) eine sich formschlüssig an das Rohr (11; 23; 24) anschmiegende Konkavität (16) aufweist.
Verdampfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorsprünge (18) einander paarweise gegenüberliegende konkave Flanken (19) aufweisen.
Verdampfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorsprünge (18) als sich entlang des Rohrs (11; 23, 24) erstreckende Rippen ausgebildet sind.
Verdampfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verteilerplatte (12; 21) eine Wärmeübergangszahl von wenigstens 0,4 Wm^–2K^–1 aufweist.
Verdampfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verteilerplatte (12; 21) aus einem mit einem wärmeleitenden Zusatz beaufschlagten Kunststoff gebildet ist.
Verdampfer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeleitfähigkeit des mit dem Zusatz beaufschlagten Kunststoffs wenigstens 1,5 Wm^–1K^–1 beträgt.
Verdampfer nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatz Graphit umfasst.
Verdampfer nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Graphitanteil der Verteilerplatte (12; 21) wenigstens 100 mg/cm² der Plattenfläche, vorzugsweise wenigstens 200 mg/cm² der Plattenfläche, beträgt.
Verdampfer nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatz Metallpulver umfasst.
Kältegerät, insbesondere Haushaltskältegerät, mit einem Verdampfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerplatte (7, 9) eine Wand eines Innenbehälters des Kältegeräts ist.
Kältegerät nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Wand (7) eine Rückwand des Innenbehälters ist.
Kältegerät nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abschnitt (20) des Rohrs schraubenlinienförmig um Boden-Decken- und Seitenwände (8, 9, 10) des Innenbehälters gewickelt ist und die Verteilerplatte (21) wenigstens ein Segment (23, 24) des Rohrs klemmt, das sich zwischen einander benachbarten Segmenten (22) des schraubenlinienförmig gewickelten Abschnitts (20) erstreckt.
Kältegerät mit einem Verdampfer nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerplatte frei in einem Innenraum des Kältegeräts angeordnet ist.