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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Verdampfer und ein Kältegerät, insbesondere ein Haushaltskältegerät, das mit einem solchen Verdampfer ausgestattet ist.
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Die meisten Haushaltskältegeräte verwenden ein Kapillarrohr als ein Drosselorgan, das den Kältemittelfluss begrenzt und einen ausreichenden Druckunterschied zwischen Verflüssiger und Verdampfer aufrechterhält. Am stromabwärtigen Ende oder Einspritzende der Kapillare nimmt der Querschnitt der das Kältemittel führenden Leitung stark zu, dementsprechend kommt es hier zu einem starken Druckabfall, und der in der Kapillare im Wesentlichen rein flüssige Kältemittelstrom geht in einen zweiphasigen, Strom aus flüssigem und dampfförmigem Kältemittel über, wobei Geräusche entstehen.
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In
US 3 531 947 A ist vorgeschlagen, diese Geräusche zu verringern, indem zwischen das Einspritzende und ein Verdampferrohr teleskopisch ineinandergreifende Übergangsrohrabschnitte mit stufenweise zunehmendem Durchmesser eingefügt werden. Dieser Aufbau ist aufgrund der hohen Zahl von Fügestellen aufwendig zu fertigen.
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CN 204268764 U offenbart einen Verdampfer, bei dem eine Kapillare aus Kupfer stumpf an einen kegelförmig aufgeweiteten Übergangsabschnitt aus Aluminium angeschlossen ist. Am stumpfen Übergang ist es sehr schwierig, einen Durchgangsquerschnitt reproduzierbar einzustellen, da das spitze Ende des Übergangsabschnitts und die Austrittsöffnung der Kapillare genau aufeinandertreffen müssen. Auch die Fertigung des kegelförmigen Übergangsabschnitts durch sukzessives Verengen ist zeitaufwändig und daher nur bei Längen von wenigen cm wirtschaftlich.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, mit geringem Aufwand die Betriebsgeräusche eines Verdampfers, insbesondere in einem Kältegerät, zu vermindern.
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Die Aufgabe wird zum einen gelöst, indem bei einem Verdampfer mit einem Kapillarrohr, einem Verdampferrohr und einem Übergangsrohr zwischen Kapillarrohr und Verdampferrohr, wobei in einem ersten Abschnitt des Übergangsrohrs dessen freie Querschnittsfläche zum Verdampferrohr hin kontinuierlich zunimmt, der erste Abschnitt einen unrunden Querschnitt hat und die Differenz zwischen dem Radius eines in den freien Querschnitt des ersten Abschnitts einbeschriebenen Kreises und dem Radius eines lokal vom Mittelpunkt des einbeschriebenen Kreises fernsten Punkts an der Innenfläche des ersten Abschnitts entlang des Übergangsrohrs zum Verdampferrohr hin kontinuierlich abnimmt.
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Die Stelle, an der diese Differenz Null und der Querschnitt kreisförmig wird, kann eine Grenze zwischen dem Übergangsrohr und dem Verdampferrohr markieren.
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Der unrunde Querschnitt kann – anders als ein sich verengender Konus – schnell durch lokales Zusammendrücken zwischen geeigneten Formwerkzeugen erhalten werden, im einfachsten Fall durch Zusammenpressen von zwei oder mehr Klemmbacken, die zur gewünschten Gestalt des Übergangsrohrs komplementäre Aussparungen aufweisen können, alternativ mit Hilfe von Rollen, die zum Eindrücken des unrunden Querschnitts am Übergangsrohr entlangbewegt und deren ihrem Abstand voneinander im Laufe der Bewegung kontinuierlich verändert wird.
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Die Umfangslänge des ersten Abschnitts ist vorzugsweise entlang des Übergangsrohrs unveränderlich, so dass preiswert in beliebigen Längen verfügbares extrudiertes Rohr verwendet werden kann. Diese Umfangslänge ändert sich typischerweise auch während des Eindrückens nicht.
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Um das Anschließen und Abdichten des Kapillarrohrs zu erleichtern, kann das Übergangsrohr zwischen dem ersten Abschnitt und dem Kapillarrohr einen zweiten Abschnitt mit zum Kapillarrohr hin abnehmendem Umfang aufweisen. Dieser Abschnitt kann in an sich bekannter Weise durch sukzessives Verengen geformt werden; da seine Länge kleiner ist als die Länge, auf der das Übergangsrohr den unrunden Querschnitt aufweist, kann er mit bekannten und gut beherrschten Techniken kostengünstig gefertigt werden.
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Auch der zweite Abschnitt kann am fertigen Verdampfer einen unrunden Querschnitt haben, wobei allerdings die Differenz zwischen dem Radius eines in den freien Querschnitt des zweiten Abschnitts einbeschriebenen Kreises und dem Radius eines lokal vom Mittelpunkt des einbeschriebenen Kreises fernsten Punkts an der Innenfläche des zweiten Abschnitts entlang des Übergangsrohrs zum Kapillarrohr hin kontinuierlich abnimmt.
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Im Idealfall ist am engen Ende des zweiten Abschnitts der Querschnitt abermals kreisförmig mit erheblich kleinerem Durchmesser als an der Grenze zum Verdampferrohr.
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Vorzugsweise ist der Radius des einbeschriebenen Kreises in wenigstens einem Teil des zweiten Abschnitts kleiner als der Außendurchmesser des Kapillarrohrs. Selbst wenn das Übergangsrohr stromaufwärts von diesem Teil bereits einmal einen größeren Querschnitt aufweisen sollte, kann die Entspannung des Kältemittels erst stromabwärts dieses Teils in nennenswertem Umfang stattfinden; eine abrupte, geräuschträchtige Entspannung des Kältemittels am Ausgang des Kapillarrohrs kann so weitgehend unterbunden werden.
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Um die Montage des Verdampfers zu vereinfachen, sollte das Übergangsrohr einen dritten Abschnitt mit rundem Querschnitt aufweisen, in den das Kapillarrohr eingesteckt ist. Der Innendurchmesser dieses dritten Abschnitts sollte allenfalls um wenige 100 µm größer als der Außendurchmesser des Kapillarrohrs sein, um einen provisorischen Halt der Kapillare im Übergangsrohr durch Reibschluss zu ermöglichen und sicherzustellen, dass beim Löten der Spalt zwischen beiden durch Kapillarwirkung mit Lot dicht ausgefüllt wird.
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Um die Entspannung des Kältemittels möglichst allmählich ablaufen zu lassen, sollte der unrunde Querschnitt sich am Übergangsrohr auf einer möglichst großen Länge, wenigstens auf 50 mm und besser noch auf mehr als 100 mm Länge erstrecken.
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Das Verdampferrohr kann im Gegensatz zum Übergangsrohr einen gleichbleibenden Querschnitt aufweisen. Um die Zahl der Lötstellen zu minimieren, hängt es vorzugsweise einteilig mit dem Übergangsrohr zusammen.
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Es kann sich einteilig bis zu einem Saugrohranschluss erstrecken.
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Das Verdampferrohr kann auf einer Unterlage verlegt sein. Im Falle eines Tube-on-Sheet-Verdampfers kann die Unterlage eine Platine sein; bei einem Wrap-around-Verdampfer ist sie typischerweise eine Behälterwand eines durch den Verdampfer gekühlten Lagerfachs.
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Alternativ kann das Verdampferrohr eine Mehrzahl von Lamellen kreuzen, um einen Lamellenverdampfer zu bilden.
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Die Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Kältegerät mit einem Verdampfer wie oben beschrieben.
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Unter einem Kältegerät wird insbesondere ein Haushaltskältegerät verstanden, also ein Kältegerät, das zur Haushaltsführung in Haushalten oder eventuell auch im Gastronomiebereich eingesetzt wird und insbesondere dazu dient, Lebensmittel und/oder Getränke in haushaltsüblichen Mengen bei bestimmten Temperaturen zu lagern, wie beispielsweise ein Kühlschrank, ein Gefrierschrank, eine Kühlgefrierkombination, eine Gefriertruhe oder ein Weinlagerschrank.
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Die Aufgabe wird des Weiteren gelöst durch ein Verfahren zum Fertigen eines Verdampfers wie oben beschrieben, bei dem der erste Abschnitt durch Eindrücken des Übergangsrohrs auf nur einem Teil seines Umfangs gebildet ist.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Es zeigen:
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1 ein Übergangsrohr eines Verdampfers gemäß einer ersten Ausgestaltung der Erfindung;
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2 einen Schnitt durch ein Kapillarrohr des Verdampfers entlang der Ebene II-II der 1;
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3 einen Schnitt durch das Übergangsrohr entlang der Ebene III-III der 1;
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4 einen Schnitt durch das Übergangsrohr entlang der Ebene IV-IV der 1;
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5 einen Schnitt durch das Übergangsrohr entlang der Ebene V-V der 1;
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6 einen Schnitt durch das Verdampferrohr entlang der Ebene VI-VI der 1;
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7 einen Schnitt durch das Übergangsrohr gemäß einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung;
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8 eine perspektivische Ansicht eines Übergangsrohrs gemäß einer dritten Ausgestaltung der Erfindung;
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9 einen Schnitt entlang der Ebene IX-IX der 8;
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10 einen Schnitt entlang der Ebene X-X der 8;
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11 ein Bruchstück eines erfindungsgemäßen Lamellenverdampfers; und
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12 ein Bruchstück eines erfindungsgemäßen Tube-on-Sheet-Verdampfers.
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1 zeigt teils in einer Seitenansicht, teils im Schnitt einen Teil eines Kapillarrohrs 1, ein Übergangsrohr 2 und einen Teil eines an das Übergangsrohr 2 anschließenden Verdampferrohrs 3 eines erfindungsgemäßen Verdampfers.
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Das Kapillarrohr 1 ist ein kreisrundes Kupferrohr mit einem Innendurchmesser von weniger als 1 mm und einer Wandstärke, die größer ist als der Innendurchmesser. Das Übergangsrohr 2 und das Verdampferrohr 3 sind einteilig aus einem dünnwandigen Ausgangsrohr, hier aus Aluminium, gefertigt, dessen Innendurchmesser ein Mehrfaches des Außendurchmessers des Kapillarrohrs 1 beträgt.
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Das Verdampferrohr 3 hat auf seiner gesamten Länge den unveränderten Querschnitt des Ausgangsrohrs. An einem Ende ist das Ausgangsrohr verengt worden, um zunächst in an sich bekannter Weise einen Abschnitt 4 des Übergangsrohrs 2, dessen Innendurchmesser mit geringem Übermaß dem Außendurchmesser des Kapillarrohrs 1 entspricht und in den das Einspritzende 5 des Kapillarrohrs 1 eingeschoben werden kann, und einen konischen Abschnitt 6 zwischen dem Abschnitt 4 und dem nicht verengten Teil des Ausgangsrohrs zu bilden. Die Abschnitte 4 und 6 haben zusammen eine Länge von wenigen cm, typischerweise nicht mehr als 4 cm.
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2 zeigt einen Querschnitt durch den Abschnitt 4 entlang der in 1 mit II-II bezeichneten Ebene.
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In einen Teil des konischen Abschnitts 6 und einen daran anschließenden Abschnitt 8 des nicht verengten Teils des Ausgangsrohrs sind mit Hilfe von schematisch in 2 gezeigten Rollen 9 Rillen 7 eingedrückt. Die vom Kapillarrohr abgewandten Enden 10 der Rillen 7 definieren die Grenze zwischen dem Übergangsrohr 2 und dem Verdampferrohr 3. Eine dieser Rillen 7 ist in 1 zur Hälfte in Draufsicht gezeigt; eine zweite zeichnet sich in der Schnittdarstellung in der linken Hälfte der Fig. als eine auffällige Wandverdickung im Abschnitt 4 ab.
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In 2 sind exemplarisch drei Rollen 9 zu sehen, es können aber auch nur zwei oder mehr als drei Rollen 9 zum Einsatz kommen. Die Rollen 9 sind rotationssymmetrisch in Bezug zur Längsachse 12 der Rohre 1, 2, 3 angeordnet, und ihre Drehachsen 13 bilden Tangenten eines um die Längsachse 12 zentrierten Kreises 14. Die Rillen 7 entstehen, indem, während die Rollen 9 an den Abschnitten 6, 8 entlang der Achse 12 bewegt werden, der Durchmesser des Kreises 14 kontinuierlich variiert wird. Die Bewegung kann bei wachsendem Durchmesser des Kreises 14 vom Abschnitt 6 zum Abschnitt 8 verlaufen oder bei abnehmendem Durchmesser in entgegengesetzter Richtung; um die Rillen 7 in der gewünschten Tiefe zu formen, können die Rollen 9 auch mehrmals bei jeweils kleiner werdendem Durchmesser des Kreises 14 an den Abschnitten 6, 8 entlanggeführt werden. Die Tiefe h der Rillen 7 (s. 3, 4, 5) ist am größten an der Grenze zwischen den Abschnitten 6 und 8; von da aus nimmt sie in beide Richtungen ab und wird am Ende 10 und dem gegenüberliegenden Ende 15 jeweils zu Null. Die Länge der Rillen 7 ist größer als die des Abschnitts 4, vorzugsweise größer als 10 cm.
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Das Eindrücken der Rillen 7 kann vor oder nach dem Einfügen des Kapillarrohrs 1 in den Abschnitt 4 oder danach erfolgen. Vorzugsweise erfolgt es vorher, denn wie in 1 zu erkennen, wird durch das Eindrücken der Rillen 7 der freie Querschnitt im Abschnitt 6 lokal unter den Querschnitt des Abschnitts 4 verkleinert. Würde das Kapillarrohr 1 vorher zu weit eingeführt, so würde es diese Querschnittsverengung behindern oder seinerseits unerwünscht verengt. Durch die Querschnittsverengung des Abschnitts 6 entsteht ein Anschlag 16, der festlegt, wie weit nach dem Eindrücken der Rillen 7 das Kapillarrohr 1 in das Übergangsrohr 2 eingeführt werden kann.
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3 zeigt einen Querschnitt des Abschnitts 6 des Übergangsrohrs 2 an dessen nach dem Eindrücken der Längsrillen 7 engster Stelle entlang der Ebene III-III der 1. Der freie Querschnitt 17 des Übergangsrohrs 2 hat hier die Form eines Dreiecks mit konkaven Seiten. Ein in den freien Querschnitt einbeschriebener, die drei Seiten berührender Kreis 18 hat einen Durchmesser, der kleiner ist als der Außendurchmesser des Kapillarrohrs 1. Die Ecken des Dreiecks bilden die am weitesten von der Achse entfernten Punkte 11 an der Innenfläche des Abschnitts 6. Ihr Radius ist ein Mehrfaches des Radius des Kreises 18. Im Idealfall ist sein Durchmesser nur wenig größer als der Innendurchmesser des Kapillarrohrs 1, vorzugsweise höchstens doppelt so groß. Da außerhalb des Kreises 18 liegende Bereiche 19 des Dreiecks 17 zum Kältemittelfluss nur wenig beitragen, bildet die Ebene III-III auf dem Weg des Kältemittels durch den Verdampfer eine weitere Drosselstelle stromabwärts vom Kapillarrohr 1, die eine Entspannung des Kältemittels unmittelbar hinter dem Einspritzende 5 weitgehend verhindert. Die Entspannung des Kältemittels setzt erst im Wesentlichen erst stromabwärts von der Ebene III-III ein.
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Der Abstand d zwischen dem Boden der Rillen 7 und der Längsachse 12 nimmt vom Ende 15 zum Ende 10 linear zu, dementsprechend nimmt jenseits der Ebene III-III der freie Querschnitt des Übergangsrohrs 2 kontinuierlich zu. In der Ebene IV-IV (siehe 4) ist der Durchmesser des in den freien Querschnitt einbeschriebenen Kreises 18 deutlich größer als in 3, und die Differenz zwischen dem Radius des Kreises 18 und dem der achsfernsten Punkte 11 ist kleiner in 3 und kleiner als der Radius des Kreises 18.
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Obwohl die Ebene IV-IV außerhalb des konischen Abschnitts 6 liegt, ist der Außendurchmesser des Übergangsrohrs 2 hier kleiner als der des Verdampferrohrs 3; der Grund dafür ist, dass das Metall des Übergangsrohrs 2 beim Eindrücken der Rillen 7 nicht gedehnt, sondern nur gebogen wird; da somit der Umfang des Übergangsrohrs 2 beim Eindrücken nicht vergrößert wird, müssen auch die Wandbereiche zwischen den Rillen 7, hier mit 20 bezeichnet, beim Eindrücken zur Längsachse 12 hin verlagert werden.
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In der Ebene V-V, kurz vor dem Ende 10 der Rillen 7, ist deren Tiefe nur noch gering; der freie Querschnitt weicht nur noch wenig von der Kreisform ab, und der einbeschriebene Kreis 18 ist abermals vergrößert.
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Am Ende 10 der Rillen ist schließlich die in 6 gezeigte kreisrunde Querschnittsform erreicht; diese bleibt auf der ganzen Länge des Verdampferrohrs 3 bis zu einem Saugrohranschluss an seinem nicht dargestellten stromabwärtigen Ende gleich.
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7 zeigt das Kapillarrohr 1 und das Übergangsrohr 2 und zum Formen des Übergangsrohrs 2 verwendete Rollen 9 gemäß einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung. Die Schnittebene verläuft durch das Kapillarrohr 1 stromaufwärts vom Übergangsrohr 2. Die Rollen 9 umfassen hier jeweils eine im radialen Schnitt konkave zentrale Scheibe 21, wobei der Krümmungsradius r der Konkavität dem Radius des Kapillarrohrs 1 zuzüglich der Wandstärke des Ausgangsrohrs entspricht, so dass dieses, wie in der Fig. zu erkennen, in Umfangsabschnitten 22 von den zentralen Scheiben 21 eng an das Kapillarrohr angepresst werden kann. Die zentralen Scheiben 21 sind beiderseits flankiert von Kegelscheiben 23, jeweils mit einem Öffnungswinkel von 360°/n, wobei n die Zahl der zusammenwirkenden Rollen 9, hier also drei, ist. Die Umfangsabschnitte des Ausgangsrohrs, die am Kapillarrohr 1 keinen Platz finden, werden von den Kegelscheiben 23 aneinandergepresst, so dass jeweils paarweise aneinander anliegende Schenkel 24 entstehen. Ein Spalt zwischen den Schenkeln 24 wird beim Verlöten des Kapillarrohrs 1 im Übergangsrohr 2 mit Lot gefüllt und abgedichtet. Ein kontinuierlicher Übergang zum kreisrunden Querschnitt des Verdampferrohrs 3 wird auch hier dadurch erhalten, dass die Rollen 9 mit zunehmendem Abstand vom Einspritzende 5 des Kapillarrohrs 1 kontinuierlich auseinandergerückt werden.
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Die in Verbindung mit dem ersten Ausführungsbeispiel beschriebenen Abschnitte 4 und 6 des Übergangsrohrs 2 können hier entfallen; da damit auch das zeitaufwändige Verengen wegfällt, ist der Verdampfer gemäß dieser zweiten Ausgestaltung besonders schnell und einfach zu fertigen.
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8 zeigt in einer perspektivischen Ansicht das Kapillarrohr 1 und das Übergangsrohr 2 eines Verdampfers gemäß einer dritten Ausgestaltung der Erfindung. Das Verdampferrohr ist in 8 weggelassen; das Übergangsrohr 2 ist an der Grenze zum Verdampferrohr abgeschnitten dargestellt. Das Übergangsrohr 2 ist aus dem Ausgangsrohr von gleichbleibend kreisrundem Querschnitt erhalten, indem dieses auf einem Bereich von zum Kapillarrohr 1 hin zunehmender Breite zusammengedrückt ist, so dass zwei aneinander anliegende, langgestreckt dreieckige Schenkel 24 geformt werden. Zum Formen dieser Schenkel 24 können wie oben beschrieben Rollen am Übergangsrohr 2 entlang bewegt werden; es kann aber auch ein nicht rotierendes Formwerkzeug mit lediglich quer zum Übergangsrohr 2 beweglichen Klemmbacken verwendet werden, was wiederum die zum Formen des Übergangsrohrs 2 benötigte Zeit verkürzt. Die Breite der Schenkel 24 an ihrem dem Kapillarrohr 1 zugewandten Rand ist so bemessen, dass der außerhalb der Schenkel 24 verbleibende Umfangsabschnitt 22 soeben groß genug ist, um sich, wie in 9 gezeigt, eng an das Kapillarrohr 1 anzuschmiegen.
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Stromabwärts vom Einspritzende 5 nimmt auch hier der freie Querschnitt des Übergangsrohrs 2 kontinuierlich zu, bis an der Grenze zum Verdampferrohr die Schenkel 24 enden und die Kreisform erreicht ist.
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11 zeigt eine Ecke eines erfindungsgemäßen Lamellenverdampfers, der vorgesehen ist, um in einem Haushaltsgerät in einer Verdampferkammer angeordnet zu werden und ein Kühlfach durch Umwälzung von Luft zu kühlen. Lamellen 25 bilden in an sich bekannter Weise einen quaderförmigen Block, durch den die Luft strömt, um gekühlt zu werden, und das Verdampferrohr 3 erstreckt sich durch Öffnungen der Lamellen. Das Übergangsrohr 2 verläuft außerhalb des Blocks der Lamellen 25 parallel zu einer An- oder Abströmseite des Blocks.
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12 zeigt einen erfindungsgemäßen Tube-on Sheet-Verdampfer, der typischerweise an einer Rückwand eines Haushaltskältegeräts zwischen einem Innenbehälter und einer den Innenbehälter umgebenden Isolationsschicht montiert wird. Das Verdampferrohr 3 ist in an sich bekannter Weise zu Mäandern geformt und an einer Platine 26 durch Kleben oder Löten befestigt. Das Übergangsrohr 2 ist hier auf der Platine 26 angeordnet und kann an ihr in gleicher Weise wie das Verdampferrohr 3 befestigt sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kapillare
- 2
- Übergangsrohr
- 3
- Verdampferrohr
- 4
- Abschnitt
- 5
- Einspritzende
- 6
- Abschnitt
- 7
- Rille
- 8
- Abschnitt
- 9
- Rolle
- 10
- Ende (der Rille)
- 11
- Ecke
- 12
- Längsachse
- 13
- Drehachse
- 14
- Kreis
- 15
- Ende (der Rille)
- 16
- Anschlag
- 17
- freier Querschnitt
- 18
- Kreis
- 19
- Spitze
- 20
- Wandbereich
- 21
- zentrale Scheibe
- 22
- Umfangsabschnitt
- 23
- Kegelscheibe
- 24
- Schenkel
- 25
- Lamelle
- 26
- Platine
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 3531947 A [0003]
- CN 204268764 U [0004]
