DE102011100192A1

DE102011100192A1 - Wärmeübertrager und Kühl- und/oder Gefriergerät mit einem Wärmeübertrager

Info

Publication number: DE102011100192A1
Application number: DE102011100192A
Authority: DE
Inventors: Thomas Ertel; Thomas Gindele; Michael Schick; Matthias Wiest
Original assignee: Liebherr Hausgeraete Ochsenhausen GmbH
Current assignee: Liebherr Hausgeraete Ochsenhausen GmbH
Priority date: 2011-05-02
Filing date: 2011-05-02
Publication date: 2012-11-08

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager, insbesondere Verdampfer oder Verflüssiger eines Kühl- und/oder Gefriergerätes, wobei der Wärmeübertrager ein oder mehrere Rohre aufweist, durch die im Betrieb des Wärmeübertrages ein Wärmeübertragungsmittel strömt. Erfindungsgemäß weist der Wärmeübertrager zum Zwecke der Verbesserung des Wärmeübergangs und/oder zur Vergrößerung der Kontaktfläche Graphit, insbesondere expandierten Graphit auf, wobei vorzugsweise vorgesehen ist, dass das oder die Rohre zumindest bereichsweise mit dem Graphit, insbesondere mit dem expandierten Graphit in Verbindung stehen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager, insbesondere einen Verdampfer oder Verflüssiger eines Kühl- und/oder Gefriergerätes, wobei der Wärmeübertrager ein oder mehrere Rohre aufweist, durch die im Betrieb des Wärmeübertrages ein Wärmeübertragungsmittel strömt.
Kühl- und/oder Gefriergeräte weisen üblicherweise in Form des Verdampfers wenigstens einen Wärmeübertrager auf, der die Aufgabe hat, Wärme aus dem gekühlten Innenraum abzuführen. Einen wesentlichen Einfluß auf die Effizienz von Kühl- und/oder Gefriergeräten hat die Ausbildung aller thermischen Verbindungen mit einem möglichst geringen Wärmeübergangswiderstand.
Aus dem Stand der Technik ist der Einsatz sogenannter Rohr-auf-Blech-Verdampfer bekannt, die im Wesentlichen aus einem Rohr bestehen, dass auf einer Blechplatine bzw. auf einem Wärmeleitblech fixiert ist. Dabei ergibt sich zunächst nur eine linienförmige Kontaktstelle zwischen dem Verdampferrohr und dem Wärmeleitblech. Um eine Vergrößerung der Kontaktfläche zu erzielen, wird Wärmeleitpaste aufgebracht. Alternativ oder zusätzlich wird mitunter vorgesehen, das Rohr auf das Wärmeleitblech aufzupressen, um die Kontaktfläche zu vergrößern. Dies ist allerdings mit dem Nachteil verbunden, dass der hydraulische Querschnitt des Rohres abnimmt. Des Weiteren besteht die Möglichkeit, die Kontaktfläche dadurch zu vergrößern, dass das Rohr auf das Wärmeleitblech aufgelötet, aufgeschweißt oder aufgeklebt wird, was jedoch mit vergleichsweise hohen Kosten verbunden ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wärmeübertrager der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, dass dieser einem Wärmeübergang einen möglichst geringen Widerstand entgegensetzt.
Diese Aufgabe wird durch einen Wärmeübertrager mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Danach ist vorgesehen, dass der Wärmeübertrager zum Zwecke der Verbesserung des Wärmeübergangs und/oder zur Vergrößerung der Kontaktfläche Graphit, insbesondere expandierten Graphit aufweist, wobei vorzugsweise vorgesehen ist, dass das oder die Rohre an ihrer Außenseite zumindest bereichsweise mit dem Graphit, insbesondere mit dem expandierten Graphit in Verbindung stehen.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass wenigstens eine wärmeleitende Fläche des Wärmeübertragers aus Graphit oder expandiertem Graphit besteht oder diesen aufweist.
Durch den Einsatz eines derartigen Materials ist es möglich, eine große Kontaktfläche der wärmeaustauschenden Elemente zu erzielen, das da graphithaltige Material welch ausgeführt werden kann, so dass beispielsweise Verdampferrohre in das Material eingepreßt werden können. Denkbar ist weiterhin, dass eine Folie, beispielsweise mit einer Dicke von < 1 mm eingesetzt wird, die den Vorteil mit sich bringt, dass diese derart flexibel ist, dass sie sich an unebene Flächen anpaßt bzw. anlegt, wodurch sich ein verbesserter Wärmeübergang ergibt.
Der im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendete Begriff „Graphit” umfaßt Graphit als solches sowie auch expandierten Graphit sowie Materialien, die Graphit oder expandierten Graphit enthalten oder aus diesem bestehen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Graphit in Form einer Folie oder Platte ausgeführt. Diese kann unmittelbar oder mittelbar, beispielsweise durch eine Klebeschicht mit einer weitern Fläche, insbesondere mit der Wandung eines Innenbehälters eines Kühl- und/oder Gefriergerätes in Verbindung stehen. Denkbar ist es ferner, dass das zumindest eine Rohr des Wärmeübertragers teilweise oder vollständig, d. h. vollumfänglich in dieser Platte oder Folie aufgenommen ist.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung wird durch einen Rohrverdampfer mit wenigstens einer wärmeleitenden Fläche aus Graphit gebildet.
Das Rohr des Verdampfers oder sonstigen Wärmeübertragers besteht vorzugsweise aus Metall, besonders bevorzugt aus Kupfer, Aluminium, Stahl oder aber beispielweise aus Kunststoff. Denkbar ist ferner eine Kombination der vorgenannten Materialien oder auch die Verwendung eines Verbundmaterials für das Rohr.
Vorzugsweise liegt der Graphit in einer Form bzw. in einem Bereich, z. B. in einer Platte vor, der/die eine Dichte im Bereich von 0,05 g/cm³ bis 2,0 g/cm³ aufweist.
Wird das graphithaltige Material in Form einer Folie oder Platte eingesetzt, weist diese vorzugsweise eine Dicke im Bereich von 0,1 mm und 20,0 mm, vorzugsweise im Bereich von 1 mm bis 10 mm und besonders bevorzugt im Bereich von 2 mm und 5 mm auf.
Vorteilhaft ist es, wenn mehrere Graphitplatten mit unterschiedlicher Dichte eingesetzt werden oder eine Graphitplatte, die einen oder mehrere Bereiche größerer Dichte und einen oder mehrere Bereiche geringerer Dichte aufweisen. So ist es denkbar, dass ein oder mehrere Bereiche geringerer Dichte vorgesehen sind, die zur Kontaktierung mit dem Rohr dienen, sowie ein oder mehrere Bereiche größerer Dichte, die als Kontaktfläche mit einem weiteren Element, insbesondere mit dem Innenbehälter eines Kühl- und/oder Gefriergerätes dienen. Diese Bereiche unterschiedlicher Dichte können in einer Platte oder auch in Form mehrerer Platten realisiert sein.
Auch der Einsatz unterschiedlich dicker Platten oder Folien ist denkbar.
Denkbar ist es, wenn das wenigstens eine Rohr vollumfänglich oder in einem Teilbereich seines Umfangs von Graphit umgeben ist und/oder dass das wenigstens eine Rohr in der Graphit eingepreßt ist.
Der Graphit und/oder das wenigstens eine Rohr kann mit einer Ummantelung, insbesondere mit einer Kunststoff- oder Metallfolie, insbesondere mit einer Aluminiumfolie ummantelt sein. Insbesondere um das Eindringen von Schaum in den Bereich zwischen dem Verdampferrohr und dem Graphit bzw. der Graphitplatte zu vermeiden, können das Rohr und die Graphitplatte oder dergleichen mit einer dünnen Kunststoff- oder Metallfolie, insbesondere Aluminiumfolie überzogen sein. Der Druck des aufquellenden Schaumes trägt dann dazu bei, dass das Verdampferrohr fest mit dem Graphit in Kontakt steht bzw. in die Graphitplatte eingepreßt wird.
Insbesondere ein Wärmeübertrager, der mit einer Metall- oder Kunststofffolie ummantelt ist, kann auch vorteilhaft als freihängender Verdampfer eingesetzt werden, der sich im gekühlten Innenraum des Gerätes befindet.
Grundsätzlich ist auch ein Einsatz des Wärmeübertragers als Verflüssiger denkbar.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass der Graphit Bestandteil einer Wärmeleitpaste ist, die zwischen dem wenigstens einen Rohr und einem Blech des Wärmeübertragers, auf dem sich das Rohr befindet, angeordnet ist, wobei vorzugsweise vorgesehen ist, dass der Graphit in Form von Partikeln vorliegt. Diese weisen eine Größe auf, die vorzugsweise im Bereich von < 5 mm, weiter bevorzugt im Bereich von < 3 mm und besonders bevorzugt bei < 1 mm liegt.
Durch die Beimengung von Graphit lässt sich die Wärmeübertragung vom Blech auf das Rohr durch die Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit der Wärmeleitpaste verbessern.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind aus Aluminium bestehende oder Aluminium aufweisende Teile, insbesondere das wenigstens eine Rohr des Wärmeübertragers zumindest bereichsweise mit einer Schutzschicht versehen, die den unmittelbaren Kontakt zwischen dem genannten Teil und dem Graphit verhindert. Diese Schicht verhindert eine etwaige korrosionsfördernde Wirkung des Graphits oder von dessen weiteren Bestandteilen auf Teile, die ansonsten mit dem Graphit in Kontakt kommen würden. Die genannte Schutzschicht kann beispielsweise aus einer Lackierung bzw. Pulverbeschichtung oder aus einer Kunststofffolie bestehen.
Alternativ oder zusätzlich dazu kann vorgesehen sein, dass dem Graphit Korrosionsschutzadditive beigemischt werden, um korrosive Bestandteile zu neutralisieren oder zu inaktivieren, um auf dieser Weise der Korrosion metallischer Teile, insbesondere des oder der Rohre entgegenzuwirken.
Besonders bevorzugt ist es weiterhin, wenn der Wärmeübertrager wenigstens ein Element, insbesondere wenigstens eine Platte und/oder ein Material aus Metall aufweist, mittels dessen die mechanische Stabilität des Graphits erhöht wird. Insbesondere im Falle des Einsatzes einer Graphitplatte kann deren Stabilität dadurch erhöht werden, dass diese in einem Verbund mit einem weiteren Material, wie beispielsweise Kupfer, Aluminium oder einem anderen Metall vorliegen. Vorzugsweise handelt es sich bei dem weiteren Material um eine Platte oder Folie und/oder um ein Material, dass den Wärmedurchgang nicht oder nur unwesentlich behindert, d. h. um ein gut wärmeleitendes Material.
Die vorliegende Erfindung betrifft des Weiteren ein Kühl- und/oder Gefriergerät, das wenigstens einen Wärmeübertrager gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst, wobei vorzugsweise vorgesehen ist, dass es sich bei dem Wärmeübertrager um einen Verdampfer oder um einen Verflüssigen des Gerätes handelt. Im Falle es Verdampfers kann dieser eingeschäumt oder auch freihängend angeordnet sein.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Gerät wenigstens einen Innenbehälter aufweist, der den gekühlten Raum begrenzt und dass der Graphit schaumseitig und/oder kühlraumseitig an der Innenbehälterwandung angeordnet und vorzugsweise fixiert, insbesondere verklebt ist. Denkbar ist es somit, dass der Graphit, der vorzugsweise in Form einer Platte vorliegt, schaumseitig und/oder innenbehälterseitig vor dem Schaumvorgang an Innenbehälterwandung, vorzugsweise an der Rückwand des Innenbehälters, zu befestigen. Dazu kann beispielsweise in Sprühkleber oder ein anderes Klebemittel, insbesondere doppelseitiges Klebeband Verwendung finden. In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung wird das Rohr ebenfalls vor dem Schäumvorgang in die Graphitplatte eingepreßt.
in weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist das Gerät wenigstens einen Innenbehälter auf, der den gekühlten Raum begrenzt, wobei das wenigstens eine Rohr schaumseitig und/oder kühlraumseitig an der Innenbehälterwandung angeordnet und vorzugsweise fixiert, insbesondere verklebt ist. Denkbar ist es somit, zunächst das Rohr auf die Innenbehälterwandung aufzubringen und anschließend das graphithaltige Material, insbesondere die Graphitplatte aufzulegen und dann vorzugsweise aufzupressen. Um zu verhindern, dass die Graphitplatte oder ein sonstiges graphithaltiges Element sich löst oder seine Position ändert, kann vorgesehen sein, dass auf die Innenbehälterwandung oder auf den Wärmeübertrager ein Klebemittel aufgebracht wird, beispielsweise Sprühkleber oder ein doppelseitiges Klebeband.
Denkbar ist es, dass der Graphit zwischen den Rohren und/oder auf den von der Innenbehälterwandung abgewandten Seite des oder der Rohre angeordnet ist.
Grundsätzlich ist von der Erfindung auch der Fall umfaßt, dass das wenigstens eine Rohr, vorzugsweise das Verdampferrohr zwischen zwei oder mehr als zwei graphithaltigen Elementen, insbesondere Graphitplatten angeordnet, vorzugsweise eingepreßt ist.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Gerät wenigstens einen Innenbehälter aufweist, der den gekühlten Raum begrenzt und dass der Innenbehälter schaumseitig und/oder kühlraumseitig eine oder mehrere Führungen oder sonstige Aufnahmen aufweist, in der das wenigstens eine Rohr aufgenommen ist. Das Rohr ist somit schaumseitig angeordnet. Durch das Aufbringen, vorzugsweise Aufpressen wenigstens eines graphithaltigen Elementes, insbesondere einer Graphitplatte kann die Wärmeleitung an der Innenbehälterwandung, insbesondere an der Rückwand verbessert werden, da der Graphit beim Preßvorgang eine Kontaktfläche zum Rohr, insbesondere zum Verdampferrohr ausbildet. Das graphithaltige Element kann durch eine Klebeverbindung fixiert werden, die vor dem Aufpressen der Platte oder des sonstigen graphithaltigen Elementes auf die entsprechende Wandung, beispielsweise eine Wandung des Innenbehälters aufgebracht wird.
Zwischen dem wenigstens einen Rohr und der Schaumseite und/oder der Kühlraumseite des Innenbehälters kann wenigstens eine Graphitfolie angeordnet sein, wobei die Graphitfolie teilweise oder vollständig in der Führung aufgenommen ist. Die Graphitfolie kann zum Wärmeübergang beitragen und bildet somit einen Bestandteil des Wärmeübertragers.
Beispielsweise kann auf der Schaumseite oder auch auf der Kühlraumseite des Innenbehälters, beispielsweise auf dessen Rückseite vor dem Einlegen des Rohres, insbesondere des Verdampferrohres eine Graphitfolie aufgelegt werden. Beim Einlegen bzw. Einpressen des Rohres in die in den Behälter eingezogenen Führungen wird diese Folie mit in die Führung eingepreßt. Es ergibt sich ein großflächiger Kontakt zwischen dem Rohr und der Graphitfolie, die die fläche Wärmeleitung an der Innenbehälterwand, wie beispielsweise an deren Rückwand sicherstellt.
Denkbar ist es weiter, dass die Graphitfolie an den Stellen, an denen die Rohrführungen in den Behälter eingezogen sind, perforiert ist. Beim Einpressen des Rohres in die Rohrführungen kann die Folie an dieser Stelle, d. h. im Bereich der Perforierungen brechen und nur teilweise mit in die Rohrführung eingepreßt werden. Es ergibt sich eine geringere Kontaktfläche als in dem von der Erfindung ebenfalls umfaßten Fall, dass die Graphitfolie in der gesamtem Führung eingepreßt ist. Die genannte Perforierung kann jedoch bei nicht ausreichender Dehnbarkeit der Graphitfolie notwendig sein, um das Rohr in die Führung pressen zu können.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass das Gerät wenigstens einen Innenbehälter aufweist, der den gekühlten Raum begrenzt und dass sich zwischen der Schaumseite und/oder der Kühlraumseite der Innenbehälterwandung und dem Graphit eine oder mehrere wärmeleitende Schichten, insbesondere Folien oder Bleche befinden und/oder dass der Graphit Bereiche unterschiedlicher Dichte aufweist, wobei das wenigstens eine Rohr unmittelbar oder mittelbar mit einem Bereich geringerer Dichte in Verbindung steht und ein Bereich höherer Dichte unmittelbar oder mittelbar mit dem Innenbehälter in Verbindung steht.
So ist es denkbar, zwischen dem Innenbehälter und dem graphithaltigen Element eine oder mehrere gut wärmeleitende Schichten vorzusehen, wie beispielsweise Platten oder Folien aus Metall, insbesondere aus Kupfer oder Aluminium, und/oder graphithaltige Folien oder Platten.
Vorteilhaft ist die Verwendung von Graphitplatten unterschiedlicher Dichte. Das Rohr kann in die Graphitplatte geringerer Dichte eingebracht, vorzugsweise eingepreßt werden, wodurch ein guter Wärmeübergang durch die Graphitplatte erhalten wird. Vorzugsweise weist die Graphitplatte eine Dichte im Bereich von < 0,8 g/cm³ auf. Diese Platte ist vorzugsweise mit einer Platte größerer Dichte (> 0,8 g/cm³) verbunden, die eine gute Wärmeleitung in der Plattenebene aufweist. So kann sowohl ein guter Wärmeübergang als auch eine gleichmäßige Temperaturverteilung über eine große Fläche erhalten werden.
Der Wärmeübertrager gemäß der vorliegenden Erfindung kann als eingeschäumter Wärmeübertrager oder auch als freihängender Wärmeübertrager, insbesondere als freihängender Verdampfer angeordnet sein. Im letzteren Fall kann er in dem gekühlten Innenraum selbst oder in einem Bereich, wie z. B. in einem Kühlluftkanal angeordnet sein, der mit dem gekühlten Innenraum in Verbindung steht.
Des Weiteren ist von der Erfindung eine Ausführungsform umfaßt, bei der das wenigstens eine Rohr von zwei Graphitplatten und/oder -folien aufgenommen, vorzugsweise eingepresst ist.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
1: eine schematische Ansicht eines am Innenbehälter angeordneten Verdampfers mit Graphitplatte und eingepreßtem Verdampferrohr,
2: eine schematische Ansicht eines am Innenbehälter angeordneten Verdampfers mit einer auf das Verdampferrohr aufgepreßten Graphitplatte,
3: eine schematische Ansicht eines am Innenbehälter angeordneten Verdampfers mit zwischen zwei Graphitplatten angeordnetem Verdampferrohr,
4: eine schematische Ansicht eines am Innenbehälter angeordneten Verdampfers gemäß 1 mit einer das Verdampferrohr und die Graphitplatte überziehenden Schutzfolie,
5: eine schematische Ansicht eines am Innenbehälter angeordneten Rohr-auf-Blech-Verdampfers mit Wärmeleitpaste mit Graphitbeimischung,
6: eine schematische Ansicht eines freihängenden Verdampfers mit zwischen zwei Graphitplatten angeordnetem Verdampferrohr und einer die Graphitplatten umgebenden Schutzfolie,
7: eine schematische Ansicht eines am Innenbehälter angeordneten Verdampfers mit einer Graphitplatte und darin eingepreßtem Verdampferrohr sowie mit einem wärmeleitenden Blech und
8: eine schematische Ansicht eines am Innenbehälter angeordneten Verdampfers mit in eine Graphitplatte eingepresstem Verdampferrohr sowie mit einer weiteren Graphitplatte höherer Dichte.
In 1 ist mit dem Bezugszeichen 10 die Innenbehälterwandung eines Kühl- und/oder Gefriergerätes dargestellt.
Der Innenbehälter weist eine in 1 oben angeordnete Schaumseite und eine in 1 unten angeordnete Seite (Kühlraumseite) auf, mit der der Innenbehälter den gekühlten Raum begrenzt.
Der Innenbehälter des Gerätes kann aus Kunststoff oder auch aus Metall bestehen. Dies gilt nicht nur für das Ausführungsbeispiel gemäß 1 sondern grundsätzlich für die vorliegende Erfindung.
Wie dies aus 1 hervorgeht, ist der Innenbehälter 10 schaumseitig über eine Klebeverbindung bzw. Klebeschicht 40 mit einer Platte 30 aus expandiertem Graphit verbunden. Die Klebeschicht 40 kann beispielsweise durch einen Sprühkleber oder doppelseitiges Klebeband gebildet werden.
Mit dem Bezugszeichen 20 sind ein oder mehrere Verdampferrohre eines Verdampfers des Kühl- und/oder Gefriergerätes gekennzeichnet, die im Betrieb des Gerätes von einem Kältemittel durchströmt werden, das in dem Verdampfer zumindest teilweise verdampft und in einem Verflüssiger zumindest teilweise kondensiert.
Vorzugsweise bildet der Verdampfer bzw. Wärmeübertrager gemäß der vorliegenden Erfindung einen Bestandteil eines herkömmlichen Kältemittelkreislaufes umfassend wenigstens einen Verdampfer, wenigstens einen stromabwärts davon angeordneten Kompressor, wenigstens einen stromabwärts davon angeordneten Verflüssiger sowie vorzugsweise wenigstens eine stromabwärts von diesem angeordnete Drossel bzw. Kapillare. Die vorliegende Erfindung betrifft somit auch ein Kühl- und/oder Gefriergerät mit wenigstens einem solchen Verdampfer bzw. Wärmeübertrager.
In der hier dargestellten Ausführungsform weisen die Rohre einen runden Querschnitt auf. Von der Erfindung sind auch sämtliche anderen Querschnittsformen, wie beispielsweise eine ovale Querschnittsform, ein D-Rohr, etc. erfaßt.
Vor dem Schaumvorgang, das heißt vor dem Einbringen einer Ausschäumung zwischen Innenbehälter und einer nicht dargestellten Gehäusewandung des Gerätes wird die wärmeleitende Graphitplatte 30 schaumseitig beispielsweise an der Rückwand oder an einer sonstigen Wandung des Innenbehälters 10 mittels der genannten Klebeschicht 40 fixiert. Das Verdampferrohr 20 wird ebenfalls vor dem Schaumvorgang in die Graphitplatte 30 eingepreßt. Die Verwendung eines relativ weichen Materials, nämlich von expandiertem Graphit, mit einer guten Wärmeleitfähigkeit ermöglicht die Ausführung von Verdampfern mit einer großen Kontaktfläche der wärmeaustauschenden Elemente, da die Verdampferrohre 20 in die wärmeleitende Schicht, das heißt in die Platte 30 eingepreßt werden können. Anstelle einer Platte sind auch beispielsweise Folien, vorzugsweise mit Stärken von maximal ca. 1 mm denkbar, die immer noch ausreichend flexibel sind, um sich an unebene Flächen anzupassen und den gewünschten Wärmeübergang zu gewährleisten.
Die in 1 dargestellte Graphitplatte 30 kann eine Dicke, vorzugsweise im Bereich zwischen 0,1 mm und 20 mm, vorzugsweise zwischen 1 mm und 10 mm und besonders bevorzugt zwischen 2 mm und 5 mm aufweisen.
Um zu vermeiden, dass im Rahmen des Ausschäumvorgangs zwischen Verdampferrohr 20 und Graphitplatte 30 Schaum eindringen kann, ist es möglich, das eingepreßte Rohr 20 und die Graphitplatte 30 mit einer dünnen Kunststoff- oder Aluminiumfolie zu überziehen. Der Druck des aufquellenden Schaumes der Ausschäumung trägt dann dazu bei, dass das Verdampferrohr 20 fest in die Graphitplatte 30 eingepreßt wird. Ein solcher Überzug ist in 4 mit dem Bezugszeichen 50 gekennzeichnet. Das Bezugszeichen 50 kennzeichnet somit eine Schutzfolie oder sonstige Schutzschicht, die das Eindringen von Schaum in die Graphitplatte 30 verhindert.
2 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem zunächst das Verdampferrohr 20 schaumseitig auf den Innenbehälter 10 aufgebracht wird. Anschließend wird die Graphitplatte 30 aufgelegt und aufgepreßt. Dabei wird in die Graphitplatte 30 an der Stelle des Verdampferrohres 20 jeweils eine Ausnehmung eingeformt, in der sich das Verdampferrohr 20 befindet, wie dies aus 2 hervorgeht. Um ein anschließendes Ablösen der Graphitplatte 30 vom Innenbehälter 10 zu verhindern, kann zuvor auf die Behälteraußenseite, d. h. schaumseitig eine Klebeschicht 40, wie beispielsweise Sprühkleber, ein doppelseitiges Klebeband, etc. aufgebracht werden.
Mit dem Bezugszeichen 60 ist eine Wärmeleittaste mit oder ohne Graphitanteil gekennzeichnet, die den Wärmeübergang zwischen dem Verdampferrohr 20 und dem Innenbehälter 10 verbessert.
3 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem vergleichbar mit 1 mittels einer Klebeschicht 40 auf der Schaumseite des Innenbehälters 10 eine Platte 30 aus expandiertem Graphit aufgebracht ist. Mit dem Bezugszeichen 31 ist eine weitere Platte aus expandiertem Graphit gekennzeichnet, die relativ zu der Platte 30 so angeordnet ist, dass das Verdampferrohr 20 vollumfänglich zwischen beiden Platten 30, 31 angeordnet ist. Denkbar ist es, die Ausführungsform gemäß 3 so herzustellen, dass zunächst über eine Klebeschicht 40 die Platte 30 aus expandiertem Graphit mit der Wandung des Innenbehälters 10 verbunden wird, sodann das Verdampferrohr 20 eingepreßt wird und schließlich die weitere Platte 31 aus expandiertem Graphik aufgepreßt wird, so dass sich die Struktur gemäß 3 ergibt.
Wie aus 3 ersichtlich, sind in dieser Ausführungsform das bzw. die Verdampferrohre 20 vollumfänglich von den Platten aus expandiertem Graphit umgeben.
6 zeigt eine Ausführungsform, die im Aufbau der gemäß 3 vergleichbar ist. Als Unterschied ist hier zu nennen, dass der Wärmeübertrager bzw. Verdampfer nicht mit einem Innenbehälter oder einem sonstigen Bauteil in Verbindung steht, sondern freihängend ausgeführt ist. Mit dem Bezugszeichen 50 ist eine Ummantelung dieses freihängenden Verdampfers beispielsweise in Form einer Metall- oder Kunststofffolie gekennzeichnet. Dieser ummantelte Verdampfer kann beispielsweise als freihängender Verdampfer im Geräteinnenraum oder auch an anderer Stelle angebracht sein.
5 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Verdampfers gemäß der vorliegenden Erfindung.
Dieser Verdampfer ist als Rohr-auf-Blech-Verdampfer ausgebildet, bei dem das Rohr 20 in geeigneter Weise, beispielsweise durch eine Lötverbindung auf einem Aluminiumblech 70 angeordnet ist. Um den Wärmeübergang vom Blech 70 auf das Verdampferrohr 20 zu verbessern, wird in die Wärmeleitpaste 60 Graphit eingemischt. Durch diese Beimischung von Graphit kann die Wärmeleitfähigkeit der Wärmeleitpaste bedeutend erhöht werden. Mit dem Bezugszeichen 50 ist auch in dieser Ausführungsform eine Schutzfolie gekennzeichnet, die sowohl das Aluminiumblech 70 als auch die Verdampferrohre 20 sowie auch die Wärmeleitpaste 60 überdeckt. Wie aus 5 ersichtlich, befindet sich somit die Wärmeleitpaste in dem Bereich zwischen dem Aluminiumblech 70, dem Verdampferrohr 20 und der genannten Schutzfolie 50.
Das Aluminiumblech 70 steht über eine Klebeschicht 40 mit der Innenbehälterwandung 20 bzw. der Schaumseite der Innenbehälterwandung oder auch der zum Kühlraum gewandten Seite in Verbindung.
7 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Platte 30 aus expandiertem Graphit mit einer weiteren wärmeleitenden Schicht, wie beispielsweise einer Aluminium- oder Kupferplatte in Verbund verwendet wird. Wie dies aus 7 ersichtlich ist, wird schaumseitig auf den Innenbehälter mittels einer Klebeschicht 40 eine wärmeleitende Folie oder ein wärmeleitendes Blech 80 fixiert. Durch eine weitere Klebeschicht 40 wird auf diese Folie bzw. das Blech 80 die Platte 30 aus expandiertem Graphit aufgebracht und anschließend in diese das Verdampferrohr 20 eingepreßt.
Das Ausführungsbeispiel gemäß 7 bezieht sich somit auf einen Verbund aus einer Graphitplatte 30 und einem weiteren Material 80 mit guter Wärmeleitfähigkeit und Festigkeit.
Auch ist es möglich, eine Kombination von Graphitplatten mit unterschiedlicher Dichte zu verwenden.
Ein solches Ausführungsbeispiel ist in 8 gezeigt.
Dort ist mit dem Bezugszeichen 30 eine Platte aus expandiertem Graphit gekennzeichnet, die eine geringere Dichte aufweist als eine weitere Graphitplatte 90 mit relativ dazu höherer Dichte. Denkbar ist es, dass die Platte 30 eine Dichte von < 0,8 g/cm³ und die Platte aus expandiertem Graphit höherer Dichte eine Dichte von > 0,8 g/cm³ aufweist.
Das Verdampferrohr 20 wird in die gemäß 8 oben liegende Graphitplatte 30 mit geringerer Dichte eingepreßte, die eine gute Wärmeleitung durch die Platte 30 ermöglicht. Diese Platte 30 ist wie dargestellt mit einer Platte 32 mit höherer Dichte verbunden, die eine gute Wärmeleitung in der Plattenebene aufweist. So kann insgesamt ein guter Wärmeübergang und eine gleichmäßige Temperaturverteilung über eine große Fläche realisiert werden. Wie dies aus 8 ersichtlich ist, befindet sich die Platte 32 aus expandiertem Graphit mit höherer Dichte somit zwischen der schaumseitigen Seite der Innenbehälterwandung 10 und der Platte 30 aus expandiertem Graphit mit geringerer Dichte. Wie dies weiter aus 8 hervorgeht, sind die Verdampferrohre 20 nur an der Platte 30 aus expandiertem Graphit geringerer Dichte angeordnet. Grundsätzlich ist es ebenfalls denkbar, dass das oder die Verdampferrohre 20 zumindest auch bereichsweise in der Platte 32 höherer Dichte angeordnet sind.
Wie bereits oben ausgeführt, kann das Verdampferrohr im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich außer der dargestellten runden Form auch andere Formen aufweisen, wie beispielsweise eine ovale Form oder es kann als D-Rohr ausgeführt sein.
Das Rohr selbst kann beispielsweise aus einem Metall, bevorzugt aus Aluminium, Kupfer oder Stahl oder auch aus einem Kunststoff oder einem Verbundmaterial bestehen.
In den dargestellten Ausführungsbeispielen ist der Verdampfer bzw. Übertrager auf der Schaumseite des Innenbehälters angeordnet. Grundsätzlich ist die Erfindung jedoch nicht darauf beschränkt, sondern umfasst auch eine entsprechende Anordnung auf der zum Kühlraum gewandten Seite des Innenbehälters. Auch ist die Erfindung nicht auf einen Verdampfer eines Kühl- und/oder Gefriergerätes beschränkt, sondern kann auch einen Verflüssiger eines Kühl- und/oder Gefriergerätes oder einen anderen Wärmeübertrager betreffen.

Claims

Wärmeübertrager, insbesondere Verdampfer oder Verflüssiger eines Kühl- und/oder Gefriergerätes, wobei der Wärmeübertrager ein oder mehrere Rohre aufweist, durch die im Betrieb des Wärmeübertrages ein Wärmeübertragungsmittel strömt, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeübertrager zum Zwecke der Verbesserung des Wärmeübergangs und/oder zur Vergrößerung der Kontaktfläche Graphit, insbesondere expandierten Graphit aufweist, wobei vorzugsweise vorgesehen ist, dass das oder die Rohre zumindest bereichsweise mit dem Graphit, insbesondere mit dem expandierten Graphit in Verbindung stehen.
Wärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Graphit, insbesondere der expandierte Graphit in Form einer Folie oder Platte vorliegt und/oder dass der Graphit, insbesondere der expandierte Graphit eine Dichte im Bereich von 0,05 g/cm³ bis 2,0 g/cm³ aufweist und/oder dass der Graphit, insbesondere der expandierte Graphit in Form einer Folie oder Platte vorlegt dass die Folie oder Platte eine Dicke im Bereich von 0,1 mm und 20,0 mm, vorzugsweise im Bereich von 1 mm bis 10 mm und besonders bevorzugt im Bereich von 2 mm und 5 mm aufweist und/oder dass der Wärmeübertrager Bereiche aufweist, in denen der Graphit, insbesondere der expandierte Graphit vorliegt und die eine voneinander abweichende Dichte und/oder Dicke aufweisen.
Wärmeübertrager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Rohr vollumfänglich oder in einem Teilbereich seines Umfangs von Graphit, insbesondere von expandiertem Graphit umgeben ist und/oder dass das wenigstens eine Rohr in den Graphit, insbesondere in den expandierten Graphit eingepresst ist.
Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Graphit, insbesondere der expandierte Graphit und/oder das wenigstens eine Rohr mit einer Ummantelung, insbesondere mit einer Kunststoff- oder Metallfolie, insbesondere mit einer Aluminiumfolie versehen ist.
Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Graphit, insbesondere der expandierte Graphit Bestandteil einer Wärmeleitpaste ist, die zwischen dem wenigstens einen Rohr und einem Blech des Wärmeübertragers, auf dem sich das Rohr befindet, angeordnet ist, wobei vorzugsweise vorgesehen ist, dass das Graphit in Form von Partikeln vorliegt, die vorzugsweise eine Größe im Bereich von < 5 mm, weiter vorzugsweise im Bereich von < 3 mm und besonders bevorzugt im Bereich von < 1 mm aufweisen.
Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Rohr aus Metall, vorzugsweise aus Aluminium, Kupfer oder Stahl, oder aus Kunststoff oder aus einem Verbundmaterial oder aus einer Kombination der vorgenannten Materialien besteht.
Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aus Metall, insbesondere Aluminium, bestehende oder Metall, insbesondere Aluminium aufweisende Teile, insbesondere das wenigstens eine Rohr, des Wärmeübertragers zumindest bereichsweise mit einer Schutzschicht, insbesondere mit einer Lackierung und/oder mit einer Pulverbeschichtung versehen sind, die den unmittelbaren Kontakt zwischen dem genannten Teil und dem Graphit, insbesondere dem expandierten Graphit verhindern und/oder dass der Wärmeübertrager insbesondere in den Bereichen, in denen Graphit oder expandierter Graphit vorliegt, ein oder mehrere Korrosionsschutzadditive aufweist.
Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeübertrager wenigstens ein Element, insbesondere wenigstens eine Platte und/oder ein Material insbesondere aus Metall aufweist, mittels dessen die mechanische Stabilität des Graphits, insbesondere des expandierten Graphits erhöht wird.
Kühl- und/oder Gefriergerät, dadurch gekennzeichnet, dass das Gerät wenigstens einen Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 8 aufweist, wobei vorzugsweise vorgesehen ist, dass es sich bei dem Wärmeübertrager um einen Verdampfer oder um einen Verflüssiger des Gerätes handelt.
Kühl- und/oder Gefriergerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Gerät wenigstens einen Innenbehälter aufweist, der den gekühlten Raum begrenzt und dass der Graphit, insbesondere der expandierte Graphit schaumseitig und/oder kühlraumseitig an der Innenbehälterwandung angeordnet und vorzugsweise fixiert, insbesondere verklebt ist.
Kühl- und/oder Gefriergerät nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Gerät wenigstens einen Innenbehälter aufweist, der den gekühlten Raum begrenzt und dass das wenigstens eine Rohr schaumseitig und/oder kühlraumseitig an der Innenbehälterwandung angeordnet und vorzugsweise fixiert, insbesondere verklebt ist, wobei vorzugsweise vorgesehen ist, dass der Graphit, Insbesondere der expandierte Graphit zwischen den Rohren und/oder auf den von der Innenbehälterwandung abgewandten Seite des oder der Rohre angeordnet ist.
Kühl- und/oder Gefriergerät nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Gerät wenigstens einen Innenbehälter aufweist, der den gekühlten Raum begrenzt und dass der Innenbehälter schaumseitig und/oder kühlraumseitig eine oder mehrere Führungen oder sonstige Aufnahmen aufweist, in der das wenigstens eine Rohr aufgenommen ist.
Kühl- und/oder Gefriergerät nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Gerät wenigstens einen Innenbehälter aufweist, der den gekühlten Raum begrenzt und dass zwischen dem wenigstens einen Rohr und der Schaumseite und/oder der Kühlraumseite des Innenbehälters wenigstens eine Graphitfolie angeordnet ist, wobei die Graphitfolie teilweise oder vollständig in der Führung aufgenommen ist und wobei die Graphitfolie aus Graphit oder expandiertem Graphit besteht oder diesen aufweist.
Kühl- und/oder Gefriergerät nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Gerät wenigstens einen Innenbehälter aufweist, der den gekühlten Raum begrenzt und dass sich zwischen der Schaumseite und/oder der Kühlraumseite der Innenbehälterwandung und dem Graphit, insbesondere dem expandierten Graphit eine oder mehrere wärmeleitende Schichten, insbesondere Folien oder Bleche befinden und/oder dass der Graphit, insbesondere der expandierte Graphit Bereiche unterschiedlicher Dichte aufweist, wobei das wenigstens eine Rohr unmittelbar oder mittelbar mit einem Bereich geringerer Dichte in Verbindung steht und ein Bereich höherer Dichte unmittelbar oder mittelbar mit dem Innenbehälter in Verbindung steht.
Kühl- und/oder Gefriergerät nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeübertrager freihängend und insbesondere als freihängender Verdampfer angeordnet ist.