DE102010043542A1

DE102010043542A1 - Verdampfer

Info

Publication number: DE102010043542A1
Application number: DE201010043542
Authority: DE
Inventors: Renate Pradel; Dipl.-Ing. Radziwolek Daniel; Birtan Sert
Original assignee: BSH Bosch und Siemens Hausgeraete GmbH
Current assignee: BSH Hausgeraete GmbH
Priority date: 2010-11-08
Filing date: 2010-11-08
Publication date: 2012-05-10
Also published as: EP2638337B1; EP2638337A2; CN103201570B; CN103201570A; WO2012062581A2; ES2529667T3; WO2012062581A3

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Verdampfer (1) für ein Kältegerät mit einem von einem Kältemittel durchströmbaren Rohr mit einer Einlass-(5) und einer Auslassöffnung (7), wobei das Rohr U-förmige Umlenkungen mit Schenkeln aus parallel zueinander und gradlinigen verlaufenden Rohrabschnitten (10, 10', 16, 16') aufweist und wobei das Rohr in Durchlassöffnungen (30) von senkrecht zu den gradlinigen Rohrabschnitten (10, 10') ausgerichteten Lamellen (20) gelagert ist. Eine Abtauheizung (50) ist entlang zumindest einem Teil der gradlinigen Rohrabschnitte (10, 10') vorgesehen und die Abtauheizung (50) ist in den Durchlassöffnungen (30) der Lamellen (20) geführt und gelagert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verdampfer für ein Kältegerät, insbesondere ein Haushaltskältegerät, mit einem von einem Kältemittel durchströmbaren Rohr mit einer Einlass- und einer Auslassöffnung, wobei das Rohr U-förmige Umlenkungen mit Schenkeln aus parallel zueinander und gradlinigen verlaufenden Rohrabschnitten aufweist und wobei das Rohr in Durchlassöffnungen von Lamellen gelagert ist.
Kühl- und Gefriergeräte umfassen – abhängig von dem Kühlprinzip – häufig einen Verdampfer zur Expansion des Kühlmediums und zum Kühlen eines Kühlraums. Dieser Verdampfer neigt zu einer Vereisung. Bei No-Frost-Geräten bewirkt eine lokale Energiezufuhr an den zur Vereisung neigenden Bereichen des Verdampfers das Abtauen des Eises ohne dabei den gesamten Kühlraum auf die Abtautemperatur zu bringen. Eine entsprechende Abtaueinrichtung ist aus DE 11 2004 002 258 T5 bekannt, bei der ein Abtauheizer in ein Durchgangsloch der Rippen des Verdampfers eingesetzt wird. DE 31 45 445 zeigt eine weitere Abtauheizung, die in Kontakt zu den Wärmeaustauschrippen steht.
Nachteilig an den bekannten Lösungen ist zunächst die Anbringung der Heizung an dem Verdampfer, da hier bei bekannten Lösungen ein gewisser Abstand besteht. Auch soll der Verdampfer im Fertigungsprozess einfach und kostengünstig herstellbar sein und die Heizung soll im Servicefall leicht entnehmbar sein.
Diese Aufgabe wird bei einem Verdampfer für ein Kältegerät der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass eine Abtauheizung entlang zumindest einem Teil der gradlinigen Rohrabschnitte vorgesehen ist und die Abtauheizung in den Durchlassöffnungen der Lamellen geführt und gelagert ist.
Erfinderisch wird ein Verdampfer für ein Kältegerät mit einem von einem Kältemittel durchströmbaren Rohr mit einer Einlass- und einer Auslassöffnung bereitgestellt. Dabei weist das Rohr U-förmige Umlenkungen mit Schenkeln aus parallel zueinander und gradlinigen verlaufenden Rohrabschnitten auf. Das Rohr ist in Durchlassöffnungen von senkrecht zu den gradlinigen Rohrabschnitten ausgerichteten Lamellen gelagert und eine Abtauheizung ist entlang zumindest einem Teil der gradlinigen Rohrabschnitte vorgesehen und die Abtauheizung ist in den Durchlassöffnungen der Lamellen geführt und gelagert. Hierdurch ergibt sich eine unmittelbare Nähe von der Heizung zu dem Rohr und beide Komponenten werden mit einer Führung, nämlich der Durchlassöffnung gehalten, was den mechanischen Aufwand der Lagerung deutlich reduziert. Gegenüber Ausführungen mit einer räumlich getrennten Heizung kann durch diesen Aufbau auch ein gesondertes Wärmeleitblech entfallen.
Weiterführend ist die Abtauheizung an einer der Seiten der Umlenkungen dem Verdampfer entnehmbar und/oder montierbar. So kann sie im Produktionsprozess einfach montiert werden und ist auch für Servicezwecke leicht entnehmbar.
Bevorzugt weist die Abtauheizung zumindest eine U-förmige Umlenkung auf, welche einer U-förmigen Umlenkung des Rohres zugeordnet ist und die Abtauheizung erstreckt sich entlang einem Schenkel des Rohres in einer ersten radialer Richtung des Rohres und entlang dem anderen Schenkel des Rohres in einer zweiten radialen Richtung des Rohres. Dabei unterscheidet sich die zweite radiale Richtung um mindestens 90° von der ersten radialen Richtung. Durch diesen Aufbau wird (wie später noch im Detail erläutert wird) eine Kontur der Durchlassöffnung ermöglicht, die des Rohr auch dann in seiner definierten Sollposition hält, wenn die Abtauheizung nicht eingeführt ist, wie dies bspw. während des Fertigungsprozess auftreten kann.
Weiter bevorzugt unterscheidet sich die zweite radiale Richtung von der ersten radialen Richtung um 180°. Da so die Abschnitte der Rohrheizung auf jeweilig gegenüberliegenden Seiten des Kühlrohres liegen, wird die Führung des Rohres in den Durchlassöffnungen verbessert. Außerdem kann Tauwasser in dem Fall, dass die Abtauheizung ober- und unterhalb des Rohres liegt, besser ablaufen, als wenn sie etwa neben (in horizontaler Richtung) dem Rohr liegen würde.
Insbesondere weist die Abtauheizung meanderartig eine Mehrzahl von U-förmigen Umlenkungen auf, die U-förmigen Umlenkungen des Rohres zugeordnet sind, und die Abtauheizung erstreckt sich entlang den gradlinigen Schenkeln in unterschiedlichen radialen Richtungen des Rohres und die radialen Richtungen sind bei jeweils benachbarten Schenkeln des Rohres unterschiedlich. Hierdurch wird die Führung des Rohres in den Durchlassöffnungen insgesamt, also über mehrere Perioden der Umlenkungen hin, verbessert.
Weiterführend ist die Abtauheizung eine elektrische Widerstandsheizung, da sich diese unter geringen Kosten und platzsparend herstellen und einbauen lässt.
Bevorzugt weist die Abtauheizung meanderartig eine Mehrzahl von U-förmigen Windungen auf, die alle in einer Ebene liegen. Dies schließt nicht aus, dass weitere Windungen ggf. nicht in dieser Ebene liegen. Auf diese Weise ist die Abtauheizung eine flache Baugruppe, die sich im Fertigungsprozess gut stapeln lässt. Da die Abtauheizung keine sonderlich große Biegesteifigkeit aufweist, ist es vorteilhaft, dass sie so keine übermäßig komplexe Form hat.
Weiterführend sind die gradlinigen Rohrabschnitte, die entsprechend dem Kühlmedienfluss der Einlassöffnung benachbart sind, mit der Abtauheizung versehen und die gradlinigen Rohrabschnitte, die entsprechend dem Kühlmedienfluss der Auslassöffnung benachbart sind, sind nicht mit einer Abtauheizung versehen. Da erkannt wurde, dass gerade die eingangsseitigen Rohrabschnitte besonders von einer Vereisung betroffen sind, genügt es an diesen eine entsprechende Heizung anzubringen.
Ein entsprechendes Kühlgerät und/oder Gefriergerät umfasst einen Verdampfer und eine Steuerung oder Regelung zur Aktivierung der Abtauheizung und somit zur Enteisung des Verdampfers. So wird ein No-Frost-Kühlgerät bereitgestellt und zur Enteisung muss nicht das gesamte Gerät auf Temperaturen größer Null Grad erwärmt werden.
Ein Verfahren zur Herstellung eines No-Frost-Verdampfers weist einen Arbeitsablauf der Herstellung eines Verdampferkörpers auf, dessen Rohr Umlenkungen und parallel zueinander verlaufenden Rohrabschnitte hat, und das Rohr ist über Lamellen in seiner Form gehalten und geführt und in einem nachfolgenden Montageschritt wird eine Abtauheizung mit Umlenkungen und parallel zueinander verlaufenden Abschnitten über eine Einführbewegung entlang der Richtung der gradlinigen Rohrabschnitte in den Verdampferkörper eingesetzt. Da die Rohrheizung ein elektrisches Bauteil ist, muss es vorsichtig behandelt werden und um Schäden an ihm zu vermeiden wird es erst in dem nachfolgenden Arbeitsschritt mit dem Verdampferkörper verbunden.
Der Gegenstand der Erfindung und deren Weiterbildungen werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher beschrieben.
Es zeigen:
1 eine sphärische Ansicht des Verdampfer mit der Abtauheizung,
2 die Abtauheizung vor der Einführung in den Verdampferkörper,
3 eine Zwischenstellung der Einführungsbewegung bei der Montage,
4 eine Lamelle in der Draufsicht und
5 bis 7 alternative Ausführungen der Lage der Abtauheizung relativ zum Verdampferrohr.
1 zeigt einen Verdampfer, wie er bspw. bei einer Kompressorkältemaschine verwendet wird. Bei diesem Kühlprinzip wird von einem Kompressor ein Kältemittel komprimiert, wodurch es erwärmt wird. Diese Wärme wird über einen Kondensator an die Umgebung abgegeben. Anschließend wird das (flüssige) Kühlmittel zur Druckreduzierung über eine Drossel geleitet und auf diese Weise entspannt. Dabei verdampft das Kältemittel und es entsteht Verdunstungskälte, die über einen Verdampfer an ein Umgebungsmedium abgegeben wird. Dieses Umgebungsmedium ist üblicherweise die Luft im zu kühlenden Raum, die entweder nach dem Konvektionsprinzip oder ventilatorunterstützt durch den Verdampfer geleitet wird. Anschließend wird das Kältemittel wieder dem Kompressor zugeführt, wodurch der Kühlmittelkreislauf geschlossen wird. Gemäß 1 ist der Strom des Umgebungsmediums mit den Pfeilen K dargestellt.
Der Verdampfer ist vorliegend als ein Rohrverdampfer ausgeführt. Hierbei wird ein Rohr mit einer Einlassöffnung 5 und einer Auslassöffnung 7 verwendet. Dieses Rohr 2 weist eine Mehrzahl von Windungen oder U-förmigen Umlenkungen auf. Dabei umfasst jede U-förmige Umlenkung zwei Schenkel 10 und 10', die als geradlinige und parallel zueinander liegende Rohrabschnitte ausgeführt sind und an deren Basis befindet sich ein Umlenkelement 12. Dieses Umlenkelement kann im einfachsten Fall durch eine Biegung des Rohres gebildet werden. Alternativ kann auch ein getrenntes halbkreisförmig gebogenes Element mit den Schenkeln 10 und 10' verbunden und insbesondere verlötet sein. Da beide Enden der Schenkel entsprechend U-förmig umgelenkt werden, ergibt sich als Ergebnis eine Art Lage von nebeneinander liegenden parallelen Schenkeln. Dabei liegen die Schenkel nicht in einer Ebene, sondern jeder zweite Schenkel liegt um einen Betrag der knapp dem doppelten Rohrdurchmesser entspricht nach oben – also gemäß 2 in z-Richtung – versetzt. Zwei dieser Lagen liegen so übereinander, dass die Auslassöffnung 7 der Einlassöffnung 5 benachbart ist.
Im Bereich der Umlenkungen 12 sind Lamellen 20 mit Durchlassöffnungen 25 und 30 vorgesehen. Bei der Montage des Verdampfers 1 wird das bereits entsprechend gebogene Rohr 2 über eine Bewegung in y-Richtung gegen die Lamellen verschoben. Die Lamellen haben die Aufgabe im Einsatz des Verdampfers das gebogene Rohr 2 in seiner Sollposition zu halten und so dem Verdampfer eine mechanische Stabilität gegen Stöße oder Vibrationen zu geben. Ferner liegen die Lamellen direkt im Kontakt zu dem Rohr, so dass ein guter Wärmeaustausch möglich ist und so dienen die abgekühlten Oberflächen der Lamellen dem Abkühlen der zu kühlenden Luft. Prinzipiell reicht aus Gründen der Festigkeit je eine Lamelle an beiden Bereichen der Umlenkungen. Aus Gründen der verbesserten Wärmeübertragung sind an dem vorderen Ende (siehe 3) aber fünf parallel in geringem Abstand liegende Lamellen 20 im Einsatz. Die Lamellen 20 der beiden Enden sind jeweils baugleich. Ferner liegen auf der linken Seite, also im Bereich des eintretenden Luftstroms eine Vielzahl von weiteren Lamellen 15, welche durch zwei U-förmige Umlenkungen gekühlt werden und zum einen den Wärmeübergang von der zu kühlenden Luft zu dem Verdampferkörper verbessern und ferner auch zur Reduzierung der Durchströmungsgeschwindigkeit verwendet werden.
Bei den Lamellen 20 gemäß 4 werden obere Durchlassöffnung 25 verwendet, deren Größe so bemessen ist, dass eine U-förmige Umlenkung des Rohres durch sie gesteckt werden kann. Die unteren Durchlassöffnungen 30 umfassen ebenfalls Bereiche für das Durchstecken von U-förmigen Umlenkungen, sind aber in unterschiedlichen Richtungen erweitert, so dass durch diese Durchlassöffnungen 30 zusätzlich die Abtauheizung eingeführt werden kann. So liegt, wie sich aus 3 ergibt, der Bereich 54 der Abtauheizung 50 oberhalb (in z-Richtung) von dem zugeordneten Rohrabschnitt 10 und der Bereich 54' der Abtauheizung 50 unterhalb des Rohrabschnitts 10'. Die Durchlassöffnungen 25 und 30 sind jeweils umlaufend geschlossen.
Durch das Einführen der Abtauheizung 50 durch dieselben Durchlassöffnungen 30 der Lamellen 20 wie die entsprechenden Rohrabschnitte 10 und 10' ergibt sich, dass die Abtauheizung unmittelbar an den entsprechenden Rohrabschnitten anliegt, was den besten Abtaueffekt bewirkt.
5 bis 7 zeigen unterschiedliche Varianten in denen die Abtauheizung an einer entsprechenden U-förmigen Umlenkung des Rohres anliegen kann. Die Figuren sind aus einem Blickwinkel in y-Richtung in den Verdampferkörper dargestellt, wobei die beiden größeren Kreise Schnitte durch das Rohr repräsentieren und die kleineren miteinander verbundenen Kreise ein Schnitt durch die Abtauheizung ist. 6 steht für die Einbausituation gemäß dem Hauptausführungsbeispiel und ist dabei um ca. 30° gedreht und hierbei liegt die Abtauheizung an unterschiedlichen Richtungen an den gradlinig verlaufenden Rohrabschnitten 10 und 10' an. Alternativ könnte eine Variante einer Durchlassöffnung rechteckig sein, so dass, gemäß 5, die Rohrheizung jeweils an der gleichen Seite des Rohres anliegt.
Die Ausführung der 6 ist in einem Produktionsprozess vorteilhaft, bei dem zunächst das Rohr mit den Lamellen zusammengesteckt wird und anschließend, z. B. in einem Tauchbad, miteinander verlötet wird. An der Geometrie der Durchlassöffnung 30 der Lamelle 20 ist ersichtlich, dass durch ihre Form die U-förmige Umlenkung des Rohres in die in x- und z-Richtungen gut geführt wird. Bei der Ausführung der 5 liegt die Abtauheizung zwar auch ideal an dem Rohr an, aber die Abtauheizung kann erst nach dem Verlöten eingebracht werden. Das heißt, das Rohr hat bei der Ausführung der 5 bei dem Zeitpunkt des Verlötens in z'-Richtung ein gewisses Spiel, so dass im Fertigungsprozess nicht ohne weiteres sicher gestellt werden kann, dass es an seiner Sollposition verbleibt. Auch falls keine Verbindung, wie eine Verlötung, von den Lamellen zu dem Rohr durchgeführt wird, so ist das Konzept der 6 und 7 vorteilhaft, da Vibrationen in x- oder z-Richtung des Rohres durch die Lamellen aufgefangen werden und nicht von der Abtauheizung, die ggf. eine verletzbare Kunststoffummantelung aufweist.
Gemäß 7 ist eine alternative Ausführung der Abtauheizung dargestellt. In diesem Fall hätte die Lamelle eine längliche Durchgangsöffnung, die an die Außenmaße der Rohrumlenkung angepasst ist, mit einer Vergrößerung an der rechten Seite für einen Teil der Rohrheizung. Auch so wird das gebogene Rohr während des Fertigungsprozesses und vor dem Einführen der Rohrheizung in seiner Lage in x- und z-Richtungen gut geführt.
Bezugszeichenliste

1: Verdampfer
2: Rohr
5: Einlassöffnung
7: Auslassöffnung
10, 10': gradlinige Rohrabschnitte der Einlassseite
12: Umlenkungen
16, 16': auslassseitige gradlinige Rohrabschnitte
20: Lamelle
25: obere Durchlassöffnung
30: (untere) Durchlassöffnung
50: Abtauheizung
54, 54': gradlinige Abschnitte
56: Umlenkungen

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 112004002258 T5 [0002]
DE 3145445 [0002]

Claims

Verdampfer (1) für ein Kältegerät, insbesondere ein Haushaltskältegerät, mit einem von einem Kältemittel durchströmbaren Rohr mit einer Einlass-(5) und einer Auslassöffnung (7), wobei das Rohr U-förmige Umlenkungen mit Schenkeln aus parallel zueinander und gradlinigen verlaufenden Rohrabschnitten (10, 10', 16, 16') aufweist und wobei das Rohr in Durchlassöffnungen (30) von Lamellen (20) gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abtauheizung (50) entlang zumindest einem Teil der gradlinigen Rohrabschnitte (10, 10') vorgesehen ist und die Abtauheizung (50) in den Durchlassöffnungen (30) der Lamellen (20) geführt und gelagert ist.
Verdampfer (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtauheizung (50) an einer der Seiten der Umlenkungen (12) dem Verdampfer (1) entnehmbar und/oder montierbar ist.
Verdampfer (1) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Abtauheizung (50) zumindest eine U-förmige Umlenkung (52) aufweist, welche einer U-förmigen Umlenkung des Rohres zugeordnet ist und die Abtauheizung (50) sich entlang einem Schenkel (10) des Rohres in einer ersten radialer Richtung des Rohres erstreckt und entlang dem anderen Schenkel (10') des Rohres in einer zweiten radialen Richtung des Rohres erstreckt, und sich die zweite radiale Richtung um mindestens 90° von der ersten radialen Richtung unterscheidet.
Verdampfer gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite radiale Richtung sich von der ersten radialen Richtung um 180° unterscheidet.
Verdampfer (1) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtauheizung meanderartig eine Mehrzahl von U-förmigen Umlenkungen (52) aufweist, die U-förmigen Umlenkungen des Rohres zugeordnet sind und die Abtauheizung sich entlang den gradlinigen Schenkeln in unterschiedlichen radialen Richtungen des Rohres erstreckt und die radialen Richtungen bei jeweils benachbarten Schenkeln des Rohres unterschiedlich sind.
Verdampfer gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtauheizung (50) eine elektrische Widerstandsheizung ist.
Verdampfer gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtauheizung eine Mehrzahl von U-förmigen Windungen aufweist, die alle in einer Ebene liegen.
Verdampfer (1) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die gradlinigen Rohrabschnitte (10, 10'), die entsprechend dem Kühlmedienfluss der Einlassöffnung (5) benachbart sind, mit der Abtauheizung (50) versehen sind und die gradlinigen Rohrabschnitte (16, 16'), die entsprechend dem Kühlmedienfluss der Auslassöffnung (7) benachbart sind nicht mit einer Abtauheizung versehen sind.
Kühlgerät und/oder Gefriergerät mit einem Verdampfer (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 und einer Steuerung oder Regelung zur Aktivierung der Abtauheizung und somit zur Enteisung des Verdampfers.
Verfahren zur Herstellung eines No-Frost-Verdampfers (1) mit einem Arbeitsablauf der Herstellung eines Verdampferkörpers dessen Rohr (2) Umlenkungen und parallel zueinander verlaufenden Rohrabschnitte (10, 10') aufweist und das Rohr über Lamellen (20) in seiner Form gehalten und geführt ist, dadurch gekennzeichnet, dass in einem nachfolgenden Montageschritt eine Abtauheizung (50) mit Umlenkungen (56) und parallel zueinander verlaufenden Abschnitten (54, 54') über eine Einführbewegung entlang der Richtung der gradlinigen Rohrabschnitte (10, 10') in den Verdampferkörper eingesetzt wird.