DE19850013B4

DE19850013B4 - Plattenförmiges Wärmeaustauscherelement

Info

Publication number: DE19850013B4
Application number: DE19850013A
Authority: DE
Inventors: Dieter Bitter
Original assignee: KME Schmoele GmbH
Current assignee: Schmoele GmbH
Priority date: 1998-10-30
Filing date: 1998-10-30
Publication date: 2008-09-11
Anticipated expiration: 2018-10-31
Also published as: DE19850013A1

Abstract

Plattenförmiges Wärmeaustauscherelement, das ein auf einer Seite (9) einer Basisschicht (2) in schlangenlinienförmiger Konfiguration lagefixiertes, ein Heiz- oder Kältemedium führendes Rohrregister (10) und auf der anderen Seite (5) der Basisschicht (2) eine Klebefolie (6) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Basisschicht (2) perforiert ist, wobei die Querschnittsgröße aller Perforationen (3) ein Vielfaches der Flächengröße der die Perforationen (3) umfangsseitig begrenzenden Stege (4) beträgt, und daß das Rohrregister (10) durch eine das Rohrregister (10) sowie die diesem benachbarte Seite (9) der Basisschicht (2) abdeckende Wärmeleitfolie (11) lagefixiert ist, die über die Perforationen (3) mit der auf der anderen Seite (5) der Basisschicht (2) applizierten Klebefolie (6) verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ein plattenförmiges Wärmeaustauscherelement, das ein auf einer Seite einer Basisschicht in schlangenlinienförmiger Konfiguration lagefixiertes, ein Heiz- oder Kältemedium führendes Rohrregister und auf der anderen Seite der Basisschicht eine Klebefolie aufweist.
Bei einer bekannten Bauart eines derartigen Wärmeaustauscherelements besteht die Basisschicht aus einem Wärme gut leitenden dünnen Blech. Das Blech ist in der Fläche vollkommen geschlossen. Auf einer Seite des Blechs ist in schlangenlinienförmiger Konfiguration ein Rohrregister lagefixiert. Die Lagefixierung erfolgt mit Hilfe einer Kunststoff-Schrumpffolie. Auf diese Weise kann zwar das Rohrregister dem Blech einwandfrei zugeordnet werden, indessen ist für den Schrumpfvorgang der Kunststoff-Folie eine bestimmte Temperatur erforderlich. Die dazu notwendige Wärmeenergie kann im Prinzip nur in einem Durchlaufofen bereitgestellt werden. Hiermit sind zwangsläufig ein hoher Investitionsaufwand für die Bereitstellung des Ofens sowie permanente Folgekosten für die Heizenergie sowie für die Wartung des Ofens verbunden.
Da das bekannte Wärmeaustauscherelement in Form eines ein Kältemittel führenden Verdampfers dem Kühlfach eines Kühlschranks zugeordnet wird, ist auf die dem Rohrregister abgewandte Seite des Blechs eine auf beiden Seiten mit einem Kleber versehene Klebefolie aufgebracht. Über die Klebefolie wird das Wärmeaustauscherelement an der Rückseite des Kühlfachs festgelegt und letztlich in bekannter Weise eingeschäumt.
Nachteilig an diesem als Verdampfer wirksamen Wärmeaustauscherelement ist neben dem Aufwand zu seiner Herstellung der weitere Sachverhalt, daß das Rohrregister mit dem in der Fläche geschlossenen Blech nur einen linienförmigen Kontakt eingeht, über den dann eine Wärmeübertragung stattfinden kann. Dies bedeutet, daß das Rohrregister relativ eng mit kleinen Biegeradien ausgelegt sein muß, um einen noch befriedigenden Kälteeffekt im Kühlfach des Kühlschranks zu bewirken. Ein Rohrregister mit engen Radien bedeutet jedoch ein entsprechend langes Ausgangsrohr und demzufolge einen höheren Materialaufwand. Außerdem verursacht die Kunststoffschrumpffolie weitere erhebliche Kosten.
Wärmetauscheranordnungen sind beispielsweise aus dem Bereich der Fußbodenheizung bekannt. In der DE 27 023 37 A1 wird beispielsweise ein flächenhafter, wickelbarer Wärmetauscher vorgeschlagen, bei welchem ein Rohrregister auf einem Trägermaterial befestigt ist. Das Trägermaterial kann als Gewebematte oder dergleichen ausgebildet sein. Bei dem Träger kann es sich auch um eine Kunststofffolie handeln. Die Fixierung eines Rohrregisters kann aber auch zwischen zwei metallischen Folien, insbesondere Aluminiumfolien, erfolgen. Dieser Vorschlag ist Gegenstand der GB 14 32 134 A bei welchem das Rohrregister zwischen zwei miteinander verklebten Aluminiumfolien angeordnet und dadurch fixiert ist. Ein ähnlicher Vorschlag ist Gegenstand der DE 195 407 70 C2 , bei welcher ein Rohrregister ebenfalls zwischen zwei Flächenelementen fixiert ist. Das eine Flächenelement ist eine Blechplatte, während das andere eine sich über die Grundfläche der Blechplatte erstreckende und mit dieser verbindbare Verkleidungsplatte ist. Die Rohrleitungen sind dabei in Sicken einpressbar, die einen Omega-förmigen Querschnitt aufweisen. Auch in der EP 08 066 17 A2 wird ein solcher Aufbau eines Wärmetauscherelements vorgeschlagen.
Der Erfindung liegt ausgehend vom Stand der Technik die Aufgabe zugrunde, ein plattenförmiges Wärmeaustauscherelement zu schaffen, das nicht nur einfach und mit geringem Aufwand hergestellt, sondern auch mit hohem Wirkungsgrad hinsichtlich der Wärmeübertragung variabel für die verschiedensten Einsatzzwecke genutzt werden kann.
Die Lösung dieser Aufgabe besteht bei einem plattenförmigen Wärmeaustauscherelement mit den Merkmalen der Oberbegriffs von Patentanspruch 1 gemäß den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 aufgeführten Merkmalen darin, daß die Basisschicht perforiert ist, wobei die Querschnittsgröße aller Perforationen ein Vielfaches der Flächengröße der die Perforationen umfangsseitig begrenzenden Stege beträgt, und daß das Rohrregister durch eine das Rohrregister sowie die diesem benachbarte Seite der Basisschicht abdeckende Wärmeleitfolie lagefixiert ist, die über die Perforationen mit der auf der anderen Seite der Basisschicht applizierten Klebefolie verbunden ist.
Dadurch, daß das Rohrregister mit Hilfe einer dünnen Wärmeleitfolie auf einer Seite der perforierten Basisschicht lagefixiert ist, wird die Wärmeenergie des im Rohrregister geführten Heiz- oder Kältemediums über die gesamte Wärmeleitfolie gleichmäßig verteilt und dadurch von dem Wärmeaustauscherelement großflächig abgegeben. Aufgrund des Sachverhalts, daß die Querschnittsgröße aller Perforationen um ein Vielfaches größer ist als die Flächengröße der die Perforationen umfangsseitig begrenzenden Stege, wird nicht nur eine großflächige Wärmeabstrahlung ge währleistet, sondern auch sichergestellt, daß mit Hilfe der auf der dem Rohrregister abgewandten Seite der Basisschicht applizierten Klebefolie die Wärmeleitfolie über die Perforationen einwandfrei an der Basisschicht festgelegt wird. Die Wärmeleitfolie schmiegt sich wie eine Haut eng an die Basisschicht und an das Rohrregister.
Unter Einsatz dieser besonderen Fügetechnik wird mithin auf äußerst einfachem Wege die ordnungsgemäße Lagefixierung des Rohrregisters und der Wärmeleitfolie an der im wesentlichen eine Tragefunktion wahrnehmenden Basisschicht sichergestellt. Besondere Maßnahmen für einen solchen schichtweisen Aufbau des Wärmeaustauscherelements sind nicht notwendig. Bei seiner Fertigung ist es lediglich erforderlich, die Klebefolie auf eine Seite der Basisschicht zu applizieren, dann auf die andere Seite das Rohrregister zu legen und darauf die Wärmeleitfolie zu pressen. Hierbei dürfte es zweckmäßig sein, ein flexibles Kissen zum Anpressen zu verwenden, wodurch nicht nur die Wärmeleitfolie eng um das Rohrregister geführt, sondern auch über die großflächigen Perforationen in der Basisschicht sicher mit der Klebefolie verbunden wird.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß das Rohrregister großzügig, das heißt mit großen Radien, verlegt werden kann, weil die Wärmeenergie des Heiz- oder Kältemediums nicht mehr linienförmig verteilt, sondern über die gesamte Fläche der Wärmeleitfolie abgegeben wird. Infolge dessen ist auch die Länge des Ausgangsrohrs für das Rohrregister sehr kurz, so daß merklich Material eingespart wird.
Der besondere Aufbau des erfindungsgemäßen plattenförmigen Wärmeaustauscherelements erlaubt es, dieses den verschiedensten Verwendungszwecken zuzuführen. In Abhängigkeit von dem jeweiligen Verwendungszweck kann dann auch gezielt das Material für das Rohrregister, die Wärmeleitfolie und die Basisschicht angepaßt werden.
Beim Einsatz des Wärmeaustauscherelements als Verdampferplatte in einem Kühlmöbel, wie beispielsweise für das Kühlfach eines Kühlschranks, wo das im Rohrregister geführte Medium ein verdampfungsfähiges Kältemittel ist, gelangen bevorzugt ein Rohrregister und eine Wärmeleitfolie aus Aluminium zur Anwendung. Die Klebefolie ist in diesem Fall auf beiden Seiten mit einem Kleber versehen, um nicht nur die Fixierung des Rohrregisters und der Wärmeleitfolie an der Basisschicht sicherzustellen, sondern auch um das gesamte Wärmeaustauscherelement an der Rückwand des Kühlschranks ebenfalls so lange sicher lagezuorientieren, bis das Wärmeaustauscherelement eingeschäumt ist.
Beim Einsatz in einem Bereich mit hohem Korrosionspotential, wie dies beispielsweise bei einer Gastherme der Fall ist, bestehen die Wärmeleitfolie und das Rohrregister bevorzugt aus Edelstahl.
Das Wärmeaustauscherelement kann als Einzelplatte oder auch in Verbindung mit weiteren Wärmeaustauscherelementen zum Belegen einer größeren Fläche eingesetzt werden. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn das Wärmeaustauscherelement zur Bildung einer Kühldecke verwendet wird. Hierbei wird das Rohrregister bevorzugt aus Kupfer gebildet.
Das Wärmeaustauscherelement kann aber auch als Solarkollektor eingesetzt werden. In diesem Fall bestehen die Wärmeleitfolie und das Rohrregister aus Kupfer. Die Wärmeleitfolie wird dann zweckmäßig selektiv beschichtet, was dazu führt, daß die sichtbaren Strahlen absorbiert und die Infrarotstrahlen nur in geringem Maße emittiert werden.
Die Basisschicht kann ebenfalls folienartig ausgebildet sein. Eine bevorzugte Lösung besteht jedoch darin, daß die Basisschicht aus einem dünnen Streckmetall besteht. Hierin sind die Perforationen großzügig, insbesondere rautenförmig, ausgebildet. Die Basisschicht kann Lage orientierende und/oder tragende Funktionen wahrnehmen.
Das Wärmeaustauscherelement kann eben oder gekrümmt ausgebildet sein.
Wenn die Perforationen in der Basisschicht ausreichend groß sind, kann die Basisschicht gemäß Anspruch 2 durchaus aus einem Wärme schlecht leitenden Material bestehen. Dies kann beispielsweise ein geeigneter Kunststoff, insbesondere in Form einer Kunststoffmatte, sein. Diese kann flexibel ausgebildet sein, so daß in Abhängigkeit von der Biegefähigkeit des Rohrregisters gekrümmte Wärmeaustauscherelemente ohne weiteres bereitgestellt werden können.
Bevorzugt besteht nach Anspruch 3 die Basisschicht aber aus einem Wärme gut leitenden Material, so daß auch die Stege umfangsseitig der Perforationen an der Wärmeübertragung von dem Rohrregister auf die Wärmeleitfolie und dann auf die jeweilige Umgebung teilnehmen.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in den Zeichnungen veranschaulichten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
1 in perspektivischer Explosivdarstellung ein plattenförmiges Wärmeaustauscherelement;
2 das Wärmeaustauscherelement der 1 im Querschnitt;
3 das Wärmeaustauscherelement der 1 und 2 als Plattenverdampfer in Kombination mit einem C-Verdampfer und
4 eine Seitenansicht der Darstellung der 3.
Mit 1 ist in den 1 und 2 ein plattenförmiges Wärmeaustauscherelement bezeichnet, das in der verschiedensten Weise angewendet werden kann. Im Rahmen der Ausführungsform der 3 und 4 ist das Wärmeaustauscherelement 1 als Verdampferplatte für das Kühlfach eines Kühlschranks eingesetzt. Es kann aber auch in Mehrfachanordnung zur Bildung einer Kühldecke verwendet werden. Des Weiteren ist denkbar, daß das Wärmeaustauscherelement 1 als Solarkollektor eingesetzt wird.
In der 2 ist das Wärmeaustauscherelement 1 überdimensioniert veranschaulicht, um die einzelnen Bestandteile erkennen zu können.
Das Wärmeaustauscherelement 1 weist eine Basisschicht 2 aus Reinaluminium in Form von Streckmetall auf. Die Materialdicke beträgt 0,5 mm. Die Breite B der die rautenartigen Perforationen 3 begrenzenden Stege 4 beläuft sich auf 1,5 mm. Die Länge L einer Perforation 3 beträgt 10 mm und die Breite B1 7,5 mm.
Zur Bildung des Wärmeaustauscherelements 1 wird auf eine Seite 5 der Basisschicht 2 eine Klebefolie 6 appliziert. Die Klebefolie 6 besteht aus einem Spezialpapier in der Dicke 0,14 mm. Auf beiden Seiten 7, 8 ist ein Kleber in Form eines Acrylats aufgebracht.
Auf die andere Seite 9 der Basisschicht 2 ist ein Rohrregister 10 aus Reinaluminium aufgelegt. Das Rohrregister 10 ist aus einem Aluminiumrohr gebogen. Das Rohr hat einen Außendurchmesser von 7 mm bei einer Wanddicke von 0,9 mm.
Auf das Rohrregister 10 sowie auf die der Klebefolie 6 abgewandte Seite 9 der Basisschicht 2 ist eine Wärmeleitfolie 11 aus Reinaluminium mit einer Dicke von 0,1 mm aufgebracht.
Mit Hilfe eines nicht näher veranschaulichten flexiblen Kissens wird die Wärmeleitfolie 11 gegen das Rohrregister 10 und gegen die Basisschicht 2 gepreßt, so daß sich die Wärmeleitfolie 11 in die großflächigen Perforationen 3 drückt und über den Kleber mit der Klebefolie 6 verbunden wird.
Auf diese Art und Weise ist das Rohrregister 10 sicher auf der Basisschicht 2 lagefixiert. Das Wärmeaustauscherelement 1 kann in dieser Form transportiert und letztlich auch montiert werden.
Die 3 und 4 zeigen die Anwendung des Wärmeaustauscherelements 1 als Plattenverdampfer in Kombination mit einem C-Verdampfer 12 für einen nicht näher dargestellten Kühlschrank, wobei der C-Verdampfer 12 in herkömmlicher Weise nach dem Z-Bond-Verfahren hergestellt wurde.
Die über das Wärmeaustauscherelement 1 vorstehenden Enden 13 des Rohrregisters 10 sind über nicht näher veranschaulichte Steckverbindungen dicht mit den Anschlüssen 14 des C-Verdampfers 12 verbunden. Der C-Verdampfer 12 dient zur Kühlung eines Tiefkühlfachs eines Kühlschranks, während das Wärmeaustauscherelement 1 in Form eines Verdampfers zur Kühlung des Kühlfachs des Kühlschranks dient.

1: Wärmeaustauscherelement
2: Basisschicht
3: Perforationen in 2
4: Stege v. 2
5: Seite v. 2
6: Klebefolie
7: Seite v. 6
8: Seite v. 6
9: Seite v. 2
10: Rohrregister
11: Wärmeleitfolie
12: C-Verdampfer
13: Enden v. 10
14: Anschlüsse v. 12
B: Breite v. 4
B1: Breite v. 3
L: Länge v. 3

Claims

Plattenförmiges Wärmeaustauscherelement, das ein auf einer Seite (9) einer Basisschicht (2) in schlangenlinienförmiger Konfiguration lagefixiertes, ein Heiz- oder Kältemedium führendes Rohrregister (10) und auf der anderen Seite (5) der Basisschicht (2) eine Klebefolie (6) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Basisschicht (2) perforiert ist, wobei die Querschnittsgröße aller Perforationen (3) ein Vielfaches der Flächengröße der die Perforationen (3) umfangsseitig begrenzenden Stege (4) beträgt, und daß das Rohrregister (10) durch eine das Rohrregister (10) sowie die diesem benachbarte Seite (9) der Basisschicht (2) abdeckende Wärmeleitfolie (11) lagefixiert ist, die über die Perforationen (3) mit der auf der anderen Seite (5) der Basisschicht (2) applizierten Klebefolie (6) verbunden ist.
Wärmeaustauscherelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Basisschicht (2) aus einem Wärme schlecht leitenden Material besteht.
Wärmeaustauscherelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Basisschicht (2) aus einem Wärme gut leitenden Material besteht.