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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Lamellenverdampfer sowie ein Kältegerät, insbesondere ein Haushaltskältegerät, in dem ein solcher Lamellenverdampfer eingesetzt wird.
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Lamellenverdampfer umfassen im Allgemeinen eine zu einer Serpentine geformte Kältemittelleitung und eine Vielzahl von Lamellen, die auf die Kältemittelleitung aufgesteckt und an ihr verlötet sind, um die Oberfläche, über die ein Wärmeaustausch mit durch den Lamellenverdampfer strömender Luft stattfinden kann, zu vergrößern. Dabei steht eine Lamelle in thermischem Kontakt mit verschiedenen Abschnitten der Kältemittelleitung und ermöglicht daher nicht nur einen Wärmeaustausch zwischen in der Kältemittelleitung zirkulierendem Kältemittel und der Luft, sondern auch zwischen verschiedenen Abschnitten der Kältemittelleitung selbst. Wenn ein stromabwärtiger Abschnitt der Kältemittelleitung durch thermischen Kontakt mit einem stromaufwärtigen gekühlt wird, dann verlässt das Kältemittel den Wärmetauscher mit einer relativ niedrigen Temperatur. Das Wärmeaufnahmevermögen des Kältemittels wird nur unvollständig ausgenutzt, was den Wirkungsgrad eines Kältegeräts, in dem ein solcher Verdampfer verwendet wird, einschränkt. Das Problem eines unerwünschten Wärmeaustauschs zwischen stromaufwärtigen und stromabwärtigen Leitungsabschnitten stellt sich bei den gegenwärtig in Haushaltskältegeräten verwendeten Lamellenverdampfers insbesondere deshalb, weil aus Gründen des Platzbedarfs und der Fertigungsökonomie Ein- und Auslassanschlüsse der Kältemittelleitung an den herkömmlichen Lamellenverdampfern oft eng benachbart sind und einen Wärmeaustausch zwischen stromauf- und -abwärtigen Abschnitten der Kältemittelleitung begünstigen.
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Aufgabe der Erfindung ist, einen Lamellenverdampfer zu schaffen, der es erlaubt, den Wirkungsgrad eines Kältegeräts zu verbessern, ohne dafür mehr Platz oder einen höheren Fertigungsaufwand zu erfordern.
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Die Aufgabe wird gelöst, indem bei einem Lamellenverdampfer mit einer Mehrzahl von nebeneinander angeordneten, einen Block bildenden Lamellen und einer Kältemittelleitung, die sich durch Durchgänge der Lamellen erstreckt, die Lamellen zwischen zwei Durchgängen, von denen der eine einen stromaufwärtigen Abschnitt der Kältemittelleitung aufnimmt, und der andere einen stromabwärtigen Abschnitt der Kältemittelleitung aufnimmt, wenigstens eine offene Durchbrechung aufweisen. Eine solche Durchbrechung behindert wirksam den Wärmefluss in der Lamelle zwischen den stromauf- und -abwärtigen Abschnitten der Kältemittelleitung. In dem eine Kühlung des stromabwärtigen Abschnitts durch den stromaufwärtigen somit stark eingeschränkt wird, wird eine relativ hohe Temperatur des Kältemittels am Ausgang des Lamellenverdampfers und dementsprechend ein hoher Wirkungsgrad erreicht.
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Paare von Durchgängen, von denen der eine den stromaufwärtigen Abschnitt und der andere den stromabwärtigen Abschnitt der Kältemittelleitung aufnimmt, sind bei herkömmlichen Lamellenverdampfern von Haushaltskältegeräten in Längsrichtung der Lamellen verteilt. Um die Wärmeübertragung wirksam einzuschränken, sollte zwischen den Durchgängen eines jeden Paares wenigstens eine der Durchbrechungen vorgesehen sein.
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Jede gerade Linie, die einen den stromaufwärtigen Abschnitt aufnehmenden Durchgang mit einem den stromabwärtigen Abschnitt aufnehmenden Durchgang derselben Lamelle verbindet, sollte wenigstens eine der Durchbrechungen kreuzen, um eine Wärmeübertragung zwischen den Abschnitten auf geradem Wege zu unterbinden.
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Wenn die Durchgänge Schlitze sind und die Kältemittelleitung jeden Durchgang zweimal durchquert, sollten diese Schlitze schräg zur Längsrichtung der Lamellen orientiert sein, damit beide durch den selben Schlitz verlaufenden Stücke der Kältemittelleitung von in der Längsrichtung durch den Lamellenverdampfer zirkulierender Luft in gleicher Weise angeströmt werden und nicht eines der Stücke im Strömungsschatten des anderen liegt.
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Um trotz eines kompakten Aufbaus des Lamellenverdampfers den Wärmefluss zwischen stromaufwärtigem und stromabwärtigem Abschnitt der Kältemittelleitung wirksam zu beschränken, erstrecken die Durchbrechungen sich vorzugsweise bogenförmig um einer Mittelebene zugewandte Enden der schlitzförmigen Durchgänge.
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Die Durchbrechungen sind vorzugsweise in Längsrichtung der Lamelle verteilt und einander eng benachbart, so dass sie eine sich in Längsrichtung der Lamelle erstreckende Perforation bilden.
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Zueinander benachbarte Durchbrechungen überlappen vorzugsweise in Längsrichtung der Lamelle miteinander. Da somit Wärme in den Lamellen vom stromabwärtigen zum stromaufwärtigen Abschnitt nur fließen kann, wenn ein Teil ihres Weges zwischen zwei Durchbrechungen im wesentlichen in Längsrichtung der Lamelle verläuft, kann der von der Wärme zurückzulegende Weg lang gemacht werden, auch wenn der in gerader Linie gemessene Abstand zwischen den Durchgängen des stromabwärtigen und des stromaufwärtigen Abschnitts gering ist.
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Da die Wirksamkeit der Durchbrechungen nur wenig von ihrer Breite abhängt, die Fläche der Lamellen insgesamt aber, um einen intensiven Wärmeaustausch mit der Luft zu gewährleisten, nicht mehr als unbedingt nötig verkleinert werden sollte, sind die Durchbrechungen zweckmäßigerweise schmaler als die die Kältemittelleitung aufnehmenden Durchgänge.
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Wenn der stromaufwärtige Abschnitt und der stromabwärtige Abschnitt der Kältemittelleitung an einer ersten Stirnseite des Lamellenverdampfers miteinander verbunden sind, können ein Einlass und ein Auslass der Kältemittelleitung an einer der ersten Stirnseite des Lamellenverdampfers gegenüberliegenden Stirnseite herausgeführt sein, um einen einfachen und platzsparenden Einbau des Lamellenverdampfers in einem Kältegerät zu ermöglichen.
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Erfindungsgegenstand ist auch ein Kältegerät, insbesondere ein Haushaltskältegerät, das mit einem Lamellenverdampfer der oben beschriebenen Art ausgestattet ist.
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Wenn ein solcher Lamellenverdampfer in einer von einer Lagerkammer getrennten Verdampferkammer des Kältegeräts untergebracht ist und die Lagerkammer durch Luftzirkulation zwischen Lagerkammer und Verdampferkammer kühlt, können der stromaufwärtige Abschnitt und der stromabwärtige Abschnitt der Kältemittelleitung quer zur Zirkulationsrichtung der Luft durch den Lamellenverdampfer voneinander beabstandet sein.
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Diese Zirkulationsrichtung ist vorzugsweise auch die Längsrichtung der Lamellen.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren.
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Es zeigen.
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1 einen schematischen Querschnitt durch ein Haushaltskältegerät gemäß einer ersten Ausgestaltung der Erfindung;
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2 einen zu 1 analogen Schnitt gemäß einer zweiten Ausgestaltung;
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3 eine perspektivische Ansicht eines in dem Kältegerät der 1 oder 2 verwendeten Wärmetauschers;
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4 eine Draufsicht auf eine Lamelle des Wärmetauschers gemäß einer ersten Ausgestaltung;
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4 eine Draufsicht auf eine Lamelle des Wärmetauschers gemäß einer zweiten, weiterentwickelten Ausgestaltung.
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1 zeigt in einem schematischen Schnitt ein Haushaltskältegerät, hier ein Kombinationskältegerät, in dessen Korpus 1 zwei jeweils von einer Tür 2 bzw. 3 verschlossene Lagerkammern 4 wie etwa ein Gefrierfach 5 und ein Normalkühlfach 6 gebildet sind. Eine Verdampferkammer 7 ist von einer der Lagerkammern 4, hier dem Gefrierfach 5, durch eine Zwischenwand 8 getrennt. In einem von zwei die Verdampferkammer 7 mit dem Gefrierfach verbindenden Durchgängen 9 ist ein Ventilator 10 angeordnet, um Luftzirkulation zwischen Gefrierfach 4 und Verdampferkammer 7 anzutreiben.
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Ein im Wesentlichen quaderförmiger Lamellenverdampfer 11 ist in der Verdampferkammer 7 deren Querschnitt ausfüllend angeordnet, so dass die vom Ventilator 10 umgewälzte Luft den Lamellenverdampfer 11 durchströmen muss und in Kontakt mit diesem gekühlt wird. In der Figur nicht dargestellte Klappen und Durchgänge können im Korpus 1 vorgesehen sein, um den Kreislauf der Luft durch das Normalkühlfach 6 anstelle des Gefrierfachs 4 zu leiten oder um beide Fächer 4, 6 in Reihe in den Kreislauf der durch die Verdampferkammer 7 zirkulierenden Luft einzufügen.
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2 zeigt einen zu 1 analogen Schnitt durch ein zweites Haushaltskältegerät, bei dem ein Innenraum des Korpus 1 durch eine horizontale Zwischenwand 8 in eine Lagerkammer 3 und eine Verdampferkammer 7 unterteilt ist. Der in der Verdampferkammer 7 untergebrachte Lamellenverdampfer 11 ist hier in im Wesentlichen horizontaler Richtung von der vom Ventilator 10 angetriebenen Luft durchströmt.
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In beiden Fällen versorgt ein (nicht dargestellter) Verdichter den Verdampfer 11 mit verdichtetem Kältemittel über einen Verflüssiger, eine in einer Wärmedämmschicht 12 des Korpus 1 geführte Druckleitung 13 und eine Drosselstelle 14, und eine Saugleitung 15 verläuft, ebenfalls durch die Wärmedämmschicht 12, vom Verdampfer 11 zurück zu dem im jeweils nicht dargestellten Sockelbereich des Korpus 1 untergebrachten Verdichter. Um die Zahl der Wanddurchbrüche eines Innenbehälters 16 zu minimieren, der in fachüblicher Weise jeweils die Lagerkammer 3 von der Wärmedämmschicht 12 trennt, ist es wünschenswert, dass Druckleitung 13 und Saugleitung 15 einen gleichen Durchbruch des Innenbehälters 16 passieren. Dementsprechend treten die beiden Leitungen auch über unweit voneinander entfernte Anschlüsse 29, 30 in den Verdampfer 11 ein. Um trotz dieser Nähe einen Wärmefluss zwischen stromaufwärtigen und stromabwärtigen Abschnitten einer durch den Verdampfer 11 verlaufenden Kältemittelleitung zu minimieren, hat der Verdampfer 11 einen Aufbau, wie anhand der 3, 4 und 5 im Folgenden dargestellt.
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3 zeigt den Verdampfer 11 in einer perspektivischen Ansicht. Eine Vielzahl von aus Aluminiumblech gestanzten Lamellen 17 bilden einen flach quaderförmigen Block. Eine sich durch den Block erstreckende Kältemittelleitung 21 umfasst eine Vielzahl von haarnadelförmig gebogenen Leitungsstücken 22, die jeweils in Durchgänge 18, 19 der Lamellen 17 eingeschoben sind. Im Innern des Blocks verborgene geradlinige Schenkel der Leitungsstücke 22 sind jeweils an den Enden der schlitzförmigen Durchgänge 18, 19 an den Lamellen 17 verlötet oder in anderer, einen guten Wärmeübergang zwischen Leitung und Lamelle gewährleistender Weise befestigt.
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Die kurze Kanten der langgestreckt rechteckigen Lamellen 17 bilden zwei einander gegenüberliegende Stirnseiten 27, 28 des Blocks, zwischen denen im Betrieb die zu kühlende Luft durch den Verdampfer strömt. Ein Einlass 29, an dem die Druckleitung 13 in die Kältemittelleitung 21 des Verdampfers übergeht oder mit ihr verlötet ist, und ein zur Saugleitung 15 führender Auslass 30 befinden sich an einem Rand derselben Stirnseite 28. Die haarnadelförmig gebogenen Stücke 22 der Rohrleitung 21 sind an einer Längsseite 39 des Blocks durch Bögen 23 so untereinander verbunden, dass die in den Durchgängen 18 jeweils einer oberen Hälfte der Lamellen 17 aufgenommenen Stücke 22 einen stromaufwärtigen Leitungsabschnitt 24 und die in den Durchgängen 19 der unteren Hälften aufgenommenen Stücke 22 einen stromabwärtigen Leitungsabschnitt 25 bilden. Ein einziger Bogen 26 der Kältemittelleitung 21 verbindet obere und untere Hälften bzw. die Leitungsabschnitte 24, 25.
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4 zeigt eine Draufsicht auf eine Lamelle 17 des Verdampfers 11 gemäß einer ersten Ausgestaltung. Die oberen und unteren Durchgänge 18, 19 sind jeweils sich paarweise gegenüberliegend beiderseits einer sich in der Längsrichtung der Lamelle 17 erstreckenden Mittellinie 20 angeordnet. Die Durchgänge 18, 19 haben die Form von jeweils parallel zueinander und schräg zur Mittellinie 20 orientierten Schlitzen.
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Um den Verlauf der Kältemittelleitung 21 auf der Lamelle deutlich zu machen, sind deren Bögen 23, 26 jeweils gestrichelt eingezeichnet. Der stromaufwärtige Abschnitt 24 der Rohrleitung 21 erstreckt sich in 4 über der Mittellinie 20, der stromabwärtige Abschnitt 25 darunter.
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Die Zufuhrrate an flüssigem Kältemittel vom Verdichter zum Verdampfer 11 soll in der Praxis so bemessen sein, dass das Kältemittel in der Rohrleitung 21 vollständig verdampft, bevor es den Auslass 30 erreicht. Dies bedeutet in der Praxis meist, dass unmittelbar vor dem Auslass 30 ein Stück der Rohrleitung 21 existiert, das von flüssigem Kältemittel nicht mehr erreicht wird. Wenn dieses Stück Rohrleitung über die Lamellen 17 in engem thermischem Kontakt mit dem stromaufwärtigen Abschnitt 24 der Rohrleitung steht, dann wird durch diesen Kontakt der Kältemitteldampf, der den Verdampfer 11 am Auslass 30 verlässt, auf einer deutlich niedrigeren Temperatur als derjenigen der im Verdampfer 11 zirkulierenden Luft gehalten. Diese Kälte geht in der Saugleitung 15 ungenutzt verloren. Um eine solche Kühlung des austretenden Kältemitteldampfs über die Lamellen 17 zu minimieren, sind diese, wie in 3 gezeigt, mit zahlreichen langgestreckten Durchbrechungen 31 versehen., die sich zwischen dem stromaufwärtigen Abschnitt 24 und dem stromabwärtigen Abschnitt 25 der Rohrleitung 21 entlang der Mittellinie 20 erstrecken und die Lamellen 17 jeweils in zwei Hälften, eine Hälfte 32, in der die den stromaufwärtigen Abschnitt 24 aufnehmenden Durchgänge 18 gebildet sind, und eine Hälfte 33 mit den den stromabwärtigen Abschnitt 25 aufnehmenden Durchgängen 19, unterteilen. In der Ausgestaltung der 4 haben die Durchbrechungen 31 die Form von geradlinigen Schlitzen, die auf der Mittellinie 20 liegen. Zwischen den Durchbrechungen 31 verbleibende Brücken 34 erlauben zwar nach wie vor einen Wärmetransport in den Lamellen 17 zwischen den Abschnitten 24, 25 der Rohrleitung 21, doch da die Rohrleitung 21 die Lamelle 17 jeweils an den Enden der Durchgänge 18, 19 berührt und die Brücken 34 sich jeweils zwischen mittleren Abschnitten von zwei einander benachbarten Durchgängen 18, 19 befinden, bewirken sie, dass die Wärme auf dem Weg durch die Lamelle 17 einen deutlich längeren Weg 35 zurücklegen muss, und schränken so die Wärmeübertragung ein.
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In der Darstellung der 4 sind die Brücken 34 in Richtung der Mittellinie 20 etwa halb so breit wie die Durchbrechungen 31 zwischen ihnen; in der Praxis wird man Breite der Brücken 34 so gering wählen, wie mit den Anforderungen an die mechanische Stabilität des Verdampfers 11 vereinbar.
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Die Lamelle 17 der 4 umfasst fünf identische, entlang der Mittellinie 20 aufeinanderfolgende Flächenelemente 40. Diese sind durch Rollstanzen wirtschaftlich als Endlosband zu fertigen, und es ist leicht nachvollziehbar, dass Lamellen mit unterschiedlichen Zahlen solcher Flächenelemente 40, für unterschiedlich leistungsfähige Verdampfermodelle, bequem durch Vereinzeln eines solchen Endlosbandes zu Stücken der jeweils benötigten Länge zu erhalten sind.
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Einer in 5 gezeigten Weiterentwicklung zufolge sind die Durchbrechungen 31 jeweils im Wechsel auf verschiedenen Seiten der Mittellinie 20 angeordnet und überlappen miteinander in Längsrichtung der Lamelle 17. Während bei der Ausgestaltung der 4 die Brücken 34 die Hälften 32, 33 quer zur Mittellinie 20 auf kurzem Wege verbinden, erstrecken sie sich in der Ausgestaltung der 5 auch in Richtung der Mittellinie 20 und erreichen bei gleichbleibenden Außenabmessungen der Lamelle 17 eine erheblich größere Länge. Eine gerade Linie, die zwei einander benachbarte Durchgänge 18, 19 verbindet, ohne eine Durchbrechung 31 zu kreuzen, existiert nicht. Der Weg der Wärme zwischen den Durchgängen 18, 19 kann gegenüber der Ausgestaltung der 4 noch einmal deutlich verlängert werden. Insbesondere verläuft der Weg, auf dem Wärme von einem von der Mittellinie 20 abgewandten Ende 36 eines der Durchgänge 19 abfließen kann, im Wesentlichen entlang des Durchgangs 19 zu dessen der Mittellinie 20 zugewandtem Ende 37 hin. Da das Temperaturgefälle auf diesem Weg vernachlässigbar ist, trägt der Kontakt der Rohrleitung 21 mit dem Ende 36 praktisch nicht mehr zum Wärmefluss bei. Der kürzeste Weg 38, auf dem noch Wärmeübertragung möglich ist, verläuft zwischen den der Mittellinie 20 zugewandten Enden 37 der einander gegenüberliegenden Durchgänge 18, 19 und ist, wie in 4 durch eine gestrichelte Kurve verdeutlicht, erheblich länger als eine geradlinige Verbindung zwischen den beiden Enden 37. Es kann daher davon ausgegangen werden, dass der Wärmefluss zwischen den zwei Hälften 32, 33 in der Lamelle 17 der 4 gegenüber einer Lamelle von gleichen Abmessungen, aber ohne Durchbrechungen 31 auf deutlich weniger als die Hälfte reduziert ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Korpus
- 2
- Tür
- 3
- Tür
- 4
- Lagerkammer
- 5
- Gefrierfach
- 6
- Normalkühlfach
- 7
- Verdampferkammer
- 8
- Zwischenwand
- 9
- Durchgang
- 10
- Ventilator
- 11
- Lamellenverdampfer
- 12
- Wärmedämmschicht
- 13
- Druckleitung
- 14
- Drosselstelle
- 15
- Saugleitung
- 16
- Innenbehälter
- 17
- Lamelle
- 18
- Durchgang
- 19
- Durchgang
- 20
- Mittellinie
- 21
- Kältemittelleitung
- 22
- Leitungsstück
- 23
- Bogen
- 24
- stromaufwärtiger Abschnitt
- 25
- stromabwärtiger Abschnitt
- 26
- Bogen
- 27
- Stirnseite
- 28
- Stirnseite
- 29
- Einlass
- 30
- Auslass
- 31
- Durchbrechung
- 32
- obere Hälfte
- 33
- untere Hälfte
- 34
- Brücke
- 35
- Weg
- 36
- Ende
- 37
- Ende
- 38
- Weg
