DE10218826B4 - Wärmetauscher für ein Kältegerät und Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers - Google Patents
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Abstract
Wärmetauscher
für ein
Kältegerät mit einer
Platine (1), einer in wärmeleitendem
Kontakt mit der Platine (1) angeordneten Rohrleitung (2) für ein Kältemittel und
einer an der Platine (1) und an der Rohrleitung (2) haftenden Haltematerialschicht
(3), dadurch gekennzeichnet, dass die Haltematerialschicht (3) aus
einer Bitumenzusammensetzung besteht.
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, wie einen Verdampfer, einen Verflüssiger oder dergleichen, für ein Kältegerät mit einer Platine, einer in wärmeleitendem Kontakt mit der Platine angeordneten Rohrleitung für ein Kältemittel und einer an der Platine und an der Rohrleitung haftenden Haltematerialschicht sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Wärmetauschers.
- Ein Wärmetauscher dieser Art und ein Verfahren zu seiner Herstellung sind aus
DE 199 38 773 A1 bekannt. Bei dem bekannten Herstellungsverfahren wird eine mäanderförmig gebogene Rohrleitung gegen eine Platine gedrückt gehalten, und die Zwischenräume zwischen den Mäandern der Rohrleitung werden mit einem Haltemittel ausgefüllt. Bei diesem Haltemittel kann es sich um einen expandierten Polyurethanschaum oder auch um gießfähige duroplastische Kunststoffe handeln. Derartige Haltemittel sind kostspielig, und die bei ihrem Aushärten bzw. Aufschäumen stattfindende Vernetzung erschwert ihre Wiedergewinnung und erneute Verwendung, wenn ein derartiger Verdampfer recycled werden soll. - Aus der
DE 19858002A1 ist eine Geräusch- und Wärmeisolierung aus Bitumenmaterial insbesondere für einen Spülbehälter aus Metall zum Einsatz bei Geschirrspülmaschinen bekannt. Dieses Bitumenmaterial wird dabei wegen seiner guten akustischen Eigenschaften zur Schall- und Schwingungsdämpfung auf die Spülbehälteraußenwände aufgebracht. - Ferner ist aus der
DE 19818995A1 ein Kältegerät mit einem im Rollbandverfahren hergestellten Verdampfer bekannt, der einen Gefrierfachabschnitt besitzt der auf seiner mit den Kältemittelkanälen versehenden Seite mit einer Bitumenfolie zur Schallreduzierung der von dem Verdampfer ausgehenden Kältemittelfließgeräusche versehen ist. - Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, einen preiswerten, recyclingfreundlichen Wärmetauscher für ein Kältegerät und ein Verfahren zu dessen Herstellung zu schaffen.
- Die Aufgabe wird gelöst durch einen Wärmetauscher mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 9.
- Die Verwendung einer Bitumenzusammensetzung als Haltematerialschicht hat zum einen den Vorteil, dass solche Materialien preiswert verfügbar sind, zum anderen sind sie recyclingfreundlich, da nach dem Zerlegen eines solchen Wärmetauschers in seine Bestandteile das gewonnene Bitumenmaterial ohne nennenswerte Aufbereitung und ohne Qualitätsverlust für die Herstellung eines neuen Wärmetauschers oder andere Zwecke verwendbar ist. Außerdem gewährleistet die Verwendung der Bitumenzusammensetzung nach ihrem Abkühlen einen sehr innigen Kontakt der Rohrleitung mit der Trägerplatine, wodurch die thermische Effizienz des Wärmetauschers verbessert ist. Die Masse der Bitumenzusam mensetzung hat zudem eine wärme- bzw. kältespeichernde Wirkung, die im Fall eines Verdampfers dazu dient, den Energieverbrauch eines Kältegeräts zu senken.
- Die durch die Bitumenzusammensetzung erzielte Verbindung zwischen der Trägerplatine und der Rohrleitung ist mechanisch sehr beanspruchbar und somit der Wärmetauscher in der Handhabung im Fertigungsablauf einer Großserienfertigung sehr formstabil.
- Durch die Anschmiegbarkeit der erwärmten Bitumenzusammensetzung folgt diese der Rohrleitung und der Trägerplatine konturengenau, wodurch sich keine Feuchtigkeit zwischen Rohrleitung und Trägerplatine eindiffundieren kann, so dass eine Korrosionsgefahr oder die Gefahr einer zum Ablösen der Rohrleitung von der Trägerplatine führenden Eisbildung vermieden ist.
- Um die Wärmeübertragung zwischen der Rohrleitung und der Platine zu begünstigen, kann die Rohrleitung einen abgeflachten Querschnitt mit der Platine zugewandter verbreiteter Seite haben, um eine flächige Berührung zwischen Platine und Rohrleitung zu gewährleisten. Durch die flächige Berührung ist ein wärmeleitender Kontakt zwischen Rohrleitung und Platine auch bei ungünstigen Fertigungsbedingungen stets sichergestellt.
- Um eine feste Verbindung zwischen der Haltematerialschicht und der Platine zu erzielen, kann vorzugsweise eine Klebstoffschicht vorgesehen werden, die wenigstens lokal die Haltematerialschicht mit der Platine verbindet.
- Diese Klebstoffschicht besteht vorzugsweise aus einem durch Hitze aktivierbaren Klebstoff. Dies vereinfacht die Herstellung des Wärmetauschers, da die Klebstoffschicht vorab an einer zum Bilden der Haltematerialschicht verwendeten Platte aus der Bitumenzusammensetzung ungeschützt angebracht sein kann und ihre Wirksamkeit durch Aufschmelzen beim Erhitzen der Haltematerialschicht gewinnt.
- Die Bitumenzusammensetzung kann neben Bitumen zwischen ca. 50 und 80 % Füllstoff enthalten. Der Füllstoff, der ein einzelnes Material oder ein Materialgemisch sein kann, kann z.B. unter dem Gesichtspunkt der Kostenminimierung oder der Verbesserung der thermischen Leitfähigkeit ausgewählt werden. Ein bevorzugter Füllstoff ist Gesteinsmehl.
- Die Haltematerialschicht kann zum Schutz an ihrer von der Platine abgewandten Seite mit einer Lackschicht versehen sein.
- Die Haltematerialschicht hat zweckmäßigerweise eine mittlere Stärke im Bereich zwischen 0,5 bis 2 mm, vorzugsweise zwischen 1,0 und 1,5 mm.
- Die Herstellung eines Wärmetauschers der oben beschriebenen Art ist auf einfache Weise möglich durch Bilden eines Stapels, der eine Platine, eine Rohrleitung für ein Kältemittel und eine Platte aus einer Bitumenzusammensetzung umfasst, und anschließendes Erhitzen der Folie und Verpressen des Stapels.
- Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung am Beispiel eines Verdampfers mit Bezug auf die beigefügten Figuren. Es zeigen:
-
1 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Verdampfers; -
2 einen Teilschnitt durch den Verdampfer aus1 ; und -
3 Schritte eines Verfahrens zur Herstellung des Verdampfers. - Der in
1 in perspektivischer Ansicht gezeigte Verdampfer ist aufgebaut aus einer ebenen Platine1 aus Aluminiumblech, auf der eine Kältemittelleitung2 aus einem ebenfalls aus Aluminium bestehenden Rohr mäanderförmig angeordnet ist. Die Platine1 und die Kältemittelleitung2 sind überdeckt von einer Haltematerialschicht3 aus einer Bitumenzusammensetzung. Diese besteht aus ca. 25 % polymermodifiziertem Bitumen, 3 % eines Kunststoffs und ca. 72 % Gesteinsmehl. - Wie
2 zeigt, hat die Kältemittelleitung2 keinen exakt runden, sondern einen abgeflachten Querschnitt, wodurch sich die Kältemittelleitung2 und die Platine1 zumindest annähernd flächig berühren. Hierdurch wird auf fertigungstechnisch einfache Weise ein wärmeleitender Kontakt zwischen der Kältemittelleitung2 und der Platine1 erreicht. Die Haltematerialschicht3 erstreckt sich in Zwickel4 hinein, die beiderseits der Kontaktlinie zwischen der Kältemittelleitung2 und der Platine1 liegen. Die massive Haltematerial schicht3 sorgt für einen besseren Wärmeübergang zwischen der Platine1 und der Kältemittelleitung2 , als dies bei herkömmlicher Verwendung eines Polyurethanschaums als Haltematerial möglich wäre. Durch die abgeflachte Form der Kältemittelleitung2 ergibt sich eine geringere Dicke der Haltematerialschicht3 in den Zwickeln4 , als dies bei einer runden Leitung2 der Fall wäre. Dies ist ebenfalls für einen effizienten Wärmeaustausch zwischen Platine1 und Kältemittelleitung2 günstig. Zwischen der Haltematerialschicht3 und der Platine1 befindet sich eine Schicht5 aus einem Heißkleber, die wegen ihrer im Vergleich zur Platine1 und der Haltematerialschicht3 wesentlich geringeren Dicke in der Fig. lediglich als Linie erkennbar ist. - Einzelne Schritte der Herstellung des erfindungsgemäßen Verdampfers sind in
3 dargestellt. - In einem in
3A gezeigten ersten Verfahrensschritt wird ein Stapel gebildet, dessen Schichten jeweils durch die Platine1 , die Kältemittelleitung2 sowie eine 1,2 mm starke Platte6 aus der Bitumenzusammensetzung bestehen. An der der Platine1 und der Kältemittelleitung2 zugewandten Unterseite der Platte6 befindet sich die Klebstoffschicht5 . Da der Klebstoff der Schicht5 im kalten Zustand der Platte nicht haftet, kann die Platte6 mitsamt der Schicht5 bequem vorgefertigt und gehandhabt werden; Maßnahmen zum Schutze des Klebevermögens für die Zeit zwischen Herstellung und Verwendung der Platte6 sind nicht notwendig. - In der in
3A gezeigten Phase der Herstellung des Verdampfers muss die Kältemittelleitung2 noch nicht auf ihrer gesamten Länge auf der Platine1 aufliegen; eine geringfügige Welligkeit der Kältemittelleitung2 senkrecht zur Oberfläche der Platine1 , wie in3A gezeigt, ist zulässig. - In einem in
3B gezeigten zweiten Schritt der Herstellung des Verdampfers wird ein Stempel7 gegen die Oberseite der Platte6 gedrückt. In diesem Stadium ist die Platte6 kalt und damit steif; die Andrückkraft des Stempels7 bewirkt, dass die Kältemittelleitung2 auf ihrer gesamten Länge gegen die Platine1 gedrückt wird. - Der Stempel
7 ist an seiner Platte6 zugewandten Unterseite mit Kanälen9 versehen, deren Verlauf dem der Kältemittelleitung2 entspricht. Alternativ dazu kann der Stempel7 auch aus elastomerem Kunststoff, wie z.B. Silikon mit einer Härte von z.B. 20 Shore A und einer Materialstärke von 20 mm gefertigt sein. Bei einem Stempel aus elastomerem Kunststoff mit angepasster, nicht zur Beschädigung der Kältemittelleitung führender Shorehärte erübrigt sich die Einbringung des Kanalverlaufs der Kältemittelhärtung an der Stempelunterseite. - Durch anschließendes Erhitzen wird das Bitumen der Platte
6 fließfähig gemacht, und die Platte6 wird in den Zwischenräumen8 zwischen benachbarten Abschnitten der Kältemittelleitung2 gegen die Platine1 gedrückt. Die Zähigkeit der Bitumenzusammensetzung ist so eingestellt, dass diese einerseits fließfähig genug wird, um in die Zwickel4 zwischen der Platine1 und der Kältemittelleitung2 einzudringen, andererseits aber noch zäh genug ist, um ein eventuelles lokales Wiederabheben von Teilen der Kältemittelleitung2 von der Platine zu verhindern. - Um unabhängig von der Fließfähigkeit der Bitumenzusammensetzung ein lokales Wiederabheben der Kältemittelleitung
2 auszuschließen, können die Kanäle9 des Stempels7 auch lokal mit (nicht dargestellten) Vorsprüngen ausgestattet sein, die beim Erwärmen der Platte6 durch diese hindurch gedrückt werden und mit der Kältemittelleitung2 in unmittelbaren Kontakt kommen, um diese gegen die Platine1 gedrückt zu halten. - Der Schmelzpunkt des Heißklebers der Klebstoffschicht
5 ist so gewählt, dass er während des Erhitzens und Formens der Platte6 schmilzt und so anschließend, nach Abkühlen, die wieder erstarrte Haltematerialschicht3 fest mit der Platine1 und der Kältemittelleitung2 verbindet. Die Klebstoffschicht5 kann sich über die gesamte Unterseite der Platte6 oder nur über Teile von dieser erstrecken. - Zur Versiegelung der frei liegenden Oberfläche der Haltematerialschicht
3 kann eine Lackschicht, insbesondere aus Schelllack, aufgetragen werden. - Die Wiedergewinnung der Bitumenzusammensetzung beim Recycling des Verdampfers ist auf einfache Weise möglich, indem durch Verformen des Verdampfers die im kalten Zustand spröde Haltematerialschicht
3 in Stücken abgesprengt wird oder indem durch starkes Abkühlen des Verdampfers, z.B. mit Hilfe von Trockeneis, die Verbindung zwi schen Haltematerialschicht3 und Kältemittelleitung2 bzw. Platine1 zum Aufbrechen gebracht wird.
Claims (10)
- Wärmetauscher für ein Kältegerät mit einer Platine (
1 ), einer in wärmeleitendem Kontakt mit der Platine (1 ) angeordneten Rohrleitung (2 ) für ein Kältemittel und einer an der Platine (1 ) und an der Rohrleitung (2 ) haftenden Haltematerialschicht (3 ), dadurch gekennzeichnet, dass die Haltematerialschicht (3 ) aus einer Bitumenzusammensetzung besteht. - Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrleitung (
2 ) einen abgeflachten Querschnitt aufweist. - Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltematerialschicht (
3 ) mit der Platine (1 ) über eine Klebstoffschicht (5 ) verbunden ist. - Wärmetauscher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Klebstoffschicht (
5 ) aus einem durch Hitze aktivierbaren Klebstoff besteht. - Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bitumenzusammensetzung zwischen 50 und 80% Füllstoff enthält.
- Wärmetauscher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Füllstoff Gesteinsmehl enthalten ist.
- Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltematerialschicht (
3 ) an ihrer von der Platine (1 ) abgewandten Seite eine Lackschicht trägt. - Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltematerialschicht (
3 ) eine mittlere Stärke zwischen 0,5 und 2 mm, vorzugsweise zwischen 1,0 und 1,5 mm hat. - Verfahren zum Herstellen eines Wärmetauschers, insbesondere eines Verdampfers oder Verflüssigers nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit den Schritten: – Bilden eines Stapels, der eine Platine (
1 ), eine Rohrleitung (2 ) für ein Kältemittel und eine Platte (6 ) aus einer Bitumenzusammensetzung umfasst, – Erhitzen der Platte (6 ) und Verpressen des Stapels. - Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Platine (
1 ), die Rohrleitung (2 ) und die Platte (6 ) aus der Bitumenzusammensetzung in der genannten Reihenfolge gestapelt werden.
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