DE4439996C2 - Kältegerät - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Kältegerät mit wenigstens einem Kälteraum, welcher von einem in einem geschlossenen Kältekreislauf eingebundenen, aus einem Plattenverbund gebildeten Verdampfer gekühlt ist, welcher mit Kältemittelkanälen zur Führung des im Kältekreislauf von einem Verdichter angetriebenen Kältemittel ausgestattet ist.

Ein derartiges Kältegerät ist aus dem deutschen Gebrauchsmuster DE-91 15 640 U1 bekannt.

Bei Kältegeräten ist in deren Kältekreislauf heutzutage anstatt der ozonschichtfeindlichen bzw. den Treibhauseffekt fördernden Kältemittel auf der Basis von Fluor-Chlorkohlenwasserstoff (FCKW) bzw. Fluor-Kohlenwasserstoffen (FKW) ein auf Kohlenwasserstoff basierendes Kältemittel, wie beispielsweise Isobutan eingesetzt. Durch den Einsatz derartiger, im Vergleich zu den bisher eingesetzten Kältemitteln mit geringerer Dichte beaufschlagten Kältemitteln in den bekannten Kältekreisläufen kommt es bei den darin eingebundenen Verdampfern in deren Kältemittelkanälen zu einem deutlichen Anstieg des durch sie fließenden Kältemittelvolumens pro Zeiteinheit. Hieraus resultiert ein nicht unerheblicher Druckabfall entlang der Kältemittelkanäle, welcher seinerseits eine Leistungseinbuße des gesamten Kältemittelsystems zur Folge hat. Zu einer besonders spürbaren Leistungseinbuße kommt es, wenn die auf Kohlenwasserstoffen basierenden Kältemittel bei für große Kälteleistung ausgelegten Verdampfern zum Einsatz kommen.

Aus dem deutschen Gebrauchsmuster DE-94 05 447 U1 ist ein Verdampfer mit einer Sicherheitsmaßnahme zur Vermeidung eines entzündlichen Gemisches zwischen Luft und auf Kohlenwasserstoffen basierenden Kältemitteln bekannt. Aufgabe dieser Entgegenhaltung ist es, einen Verdampfer derart zu gestalten, daß die Gefahr einer Kältemittel-Leckage ohne nennenswerten Verlust an Kühlleistung des Verdampfers vermindert ist. Die im Rahmen dieser Aufgabenstellung in der Entgegenhaltung dargelegten Lösungsansätze beschränken sich lediglich auf einen Verdampferaufbau, mit welchem es gelingen soll, ein zündbares Gemisch aus Luft und Kohlenwasserstoffen zu vermeiden. Darüberhinausgehende Informationen, insbesondere bezüglich des Aufbaus und der Anordnung der Kältemittelkanäle zur Führung der auf Kohlenwasserstoffen basierenden Kältemittel sind dieser Schrift nicht zu entnehmen.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen aus einem Plattenverbund gebildeten Verdampfer bei seinem im Betrieb mit auf Kohlenwasserstoff basierenden Kältemitteln mit einfachen konstruktiven Maßnahmen derart zu gestalten, daß eine Leistungseinbuße, bedingt durch den Verdampfer, im Kältesystem verhindert ist.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß als Kältemittel in bekannter Weise ein auf Kohlenwasserstoffen basierendes Kältemittel eingesetzt ist, welches in Kältemittelkanälen geführt ist, deren Kanalquerschnitt an den, im Vergleich zu den auf FKW- oder FCKW basierenden Kältemitteln höheren Volumenstrom, der auf Kohlenwasserstoffen basierenden Kältemittel weitestgehend angepaßt ist und daß die neben dem Verdampfer im Kältemittelkreislauf vorgesehenen Kältemittel- Fließstrecken hinsichtlich ihres zur Führung von auf FKW oder FCKW basierenden Kältemittel dienenden, durchströmbaren Querschnitts im wesentlichen unverändert sind.

Durch die erfindungsgemäße Lösung ist der Druckabfall des in den Kältemittelkanälen des Verdampfers strömenden Kältemittels zwischen Verdampfereingang und Verdampferausgang minimiert, wodurch die Verdampfungstemperatur des Kältemittels über die gesamte Verdampferfläche nahezu vergleichmäßigt und somit die Kälteleistung des Kältemittelverdichters und die Energiebilanz des Kältekreislaufes deutlich erhöht ist. Ferner ist durch diese Lösung erreicht, daß die Kanallängen und deren Anzahl im Vergleich zu einem Betrieb mit auf FKW oder FCKW basierenden Kältemitteln weitestgehend unverändert sein können, so daß eine engere, fertigungstechnisch nur schwer beherrschbare Kanalführung über die gesamte Verdampferplatine, die deren Größe wesentlich verändern würde, vermieden ist. Außerdem ermöglicht eine solche Lösung, daß die bisher bei auf FKW oder FCKW basierenden Kältemitteln zum Einsatz gekommenen Verflüssiger bzw. Drosselstrecken im Kältemittelkreislauf ohne kältetechnische Änderungen auch für den Betrieb von auf Kohlenwasserstoffen basierenden Kältemitteln einsetzbar sind.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Gegenstandes der Erfindung ist vorgesehen, daß die Kanalquerschnittsfläche der Kältemittelkanäle zur Führung des auf Kohlenwasserstoff basierenden Kältemittels gegenüber der Kanalquerschnitts­ fläche der Kältemittelkanäle zur Führung von auf FKW oder FCKW basierenden Kältemittel um 25 bis 50% vergrößert ist.

Eine Vergrößerung der Kanalquerschnittsfläche in dieser Größenordnung ist vor allem in sogenannten Rollbond-Herstellverfahren der Kältemittelkanäle auf den platinenartigen Verdampfern auch kostenmäßig noch günstig.

Eine besonders hohe Leistungsverbesserung bei noch kostengünstiger Fertigung wird bei einer Vergrößerung der Kanalquerschnittsfläche erzielt, wenn nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Gegenstandes der Erfindung vorgesehen ist, daß die Vergrößerung der Kanalquerschnittsfläche der Kältemittelkanäle, welche zur Führung des auf Kohlenwasserstoffen basierenden Kältemittels dienen, 50% gegenüber der Kanalquerschnittsfläche der Kältemittelkanäle beträgt, welche zur Führung von des auf FKW oder FCKW basierenden Kältemittels dienen.

Eine besonders deutliche Reduzierung der Druckverluste für das strömende Kältemittel in den Kältemittelkanälen wird erzielt, wenn nach einer nächsten vorteilhaften Ausgestaltung des Gegenstandes der Erfindung vorgesehen ist, daß die Kanalquerschnittsfläche zwischen 17 mm² und 18,5 mm² liegt.

Besonders vorteilhaft im Hinblick auf die Reduzierung der Druckverluste ist eine Kanalquerschnittsfläche, wenn nach einer vorteilhaften Ausgestaltung des Gegenstandes der Erfindung vorgesehen ist, daß die Kanalquerschnittsfläche (A) 18 mm² beträgt.

Einerseits besonders strömungsgünstig ausgebildet und andererseits noch gut fertigbar ist ein Kältemittelkanal, wenn nach einer nächsten vorteilhaften Ausgestaltung des Gegenstandes der Erfindung vorgesehen ist, daß die Kanalquerschnittsfläche einen hydraulischen Ersatzdurchmesser von etwa 3 mm aufweist, welcher sich aus einer Kanalbreite von 12 mm und einer Kanalhöhe von 2,1 mm ergibt.

Besonders günstige Ergebnisse hinsichtlich eines minimierten Druckabfalles für das in den Kältemittelkanälen des Verdampfers strömenden Kältemittels hat sich ergeben, wenn nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Gegenstandes der Erfindung vorgesehen ist, daß das auf Kohlenwasserstoff basierende Kältemittel als Isobutan ausgebildet ist.

Besonders zweckmäßig ist ein Verdampfer ausgebildet, wenn nach einer nächsten vorteilhaften Ausgestaltung des Gegenstandes der Erfindung vorgesehen ist, daß der Verdampfer als aus einem Plattenverbund zusammengesetzte Verdampferplatine mit im sogenannten Rollbondverfahren hergestellten Kältemittelkanälen ausgebildet ist.

Entsprechend einer vorteilhaften alternativen Ausgestaltung des Gegenstandes der Erfindung kann vorgesehen sein, daß der Verdampfer als aus einem Plattenverbund zusammengesetzte Verdampferplatine mit im sogenannten Z-Bondverfahren hergestellten Kältemittelkanälen ausgebildet ist.

Die Erfindung ist in der nachfolgenden Beschreibung anhand eines in der Zeichnung vereinfacht dargestellten Ausführungsbeispieles erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 in schematischer Darstellung einen Kältekreis lauf mit einem darin eingebundenen, aus zusammengefügten Platinen gefertigten Zweitemperaturen-Verdampfer,

Fig. 2 in Ansicht von oben den Zweitemperaturen-Ver­ dampfer in einbaufertigem Zustand, mit in einer der Platinen eingeformten Kältemittelkanälen, in raumbildlicher Darstellung und

Fig. 3 in vergrößertem Maßstab einen der Kältemittelka­ näle in Schnittdarstellung, gemäß der Schnittlinie III-III.

Gemäß Fig. 1 ist ein zu einem nicht dargestellten HaushaltsKühlschrank mit ^***- Gefrierfach gehörender, vereinfacht schematisch dargestellter Kältekreislauf 10 gezeigt, welcher mit einem Verdichter 11 ausgestattet ist. Dieser ist druckseitig an einen Verflüssiger 12 angeschlossen, dessen Berohrung hinsichtlich des durchströmbaren Querschnitts an auf Fluor-Kohlenwasserstoffe oder Fluor- Chlorkohlenwasserstoffe basierende Kältemittel angepaßt ist. An den Verflüssiger 12 schließt sich ausgangsseitig eine Trocknerpatrone 13 an, deren Ausgang mit einem Drosselrohr 14 versehen ist, dessen durchströmbarer Querschnitt an auf der Basis von Fluor-Kohlenwasserstoff oder Fluor-Chlorkohlenwasserstoffen gebildeten Kältemittel angepaßt ist. Das Drosselrohr 14 ist über den überwiegenden Teil seiner Rohrlänge innerhalb eines saugseitig an den Verdichter 11 angeschlossenen Saugrohres 15 verlegt, welches zusammen mit dem Drosselrohr 14 an einen für einen sogenannten Einrohranschluß ausgebildeten Verdampfer 16 angeschlossen ist. Dieser ist aus platinenartigem Material gebildet und weist zwei Temperaturzonen auf, welche von einem durchgehenden Kältemittelkanalzug mit vom Verdichter 11 angetriebenen, auf der Basis von Kohlenwasserstoffen gebildeten Kältemittel, wie beispielsweise Isobutan versorgt sind.

Wie insbesondere aus Fig. 2 hervorgeht, sind die beiden Abschnitte unterschiedlicher Temperatur des Verdampfers 16 als C-förmig gebogener Gefrierfachverdampfer 17 mit einem über einen Verbindungssteg 18 kältetechnisch damit verbundenen Rückwandverdampfer 19 für ein Normalkühlfach ausgebildet. Der Verdampfer 16 ist im vorliegenden Fall durch Verschweißen von zwei gleichflächigen Aluminium- Blechplatinen 20 und 21 gebildet, von denen die Platine 20 zur Erzeugung von Kältemittelkanälen mit einem deren Verlauf entsprechenden Druck versehen ist, während die Platine 21 unbedruckt ist. Für die bedruckte Aluminium-Blechplatine 20 hat sich zur Erzeugung der Kältemittelkanäle 22 ein Aluminiumblech mit der Bezeichnung AL 99,5 W7 mit einer Materialstärke von 0,75 mm als bereits gut geeignet herausgestellt, währenddessen für die unbedruckte Platine 21 ein Aluminiumblech mit der Bezeichnung AL 1230 und einer Materialstärke von 0,6 mm bereits gute Ergebnisse erbracht hat. Mit den zur Anwendung kommenden Materialien lassen sich im sogenannten Rollbond-Verfahren Kältemittelkanäle 22 herstellen, deren Querschnitt besonders für die Führung von auf Kohlenwasserstoff basierenden Kältemitteln, wie Isobutan mit der Industriebezeichnung R600a geeignet ist und welche eine Querschnittsfläche aufweisen, deren Größe die der bislang bei auf FKW oder FCKW basierenden Kältemittel zum Einsatz gekommene Kanalquerschnittsflächen um 50% übersteigt. Dadurch kann der durch das Isobutan innerhalb der Kältemittelkanäle 22 verursachte höhrer Volumenstrom des vom Verdichter 11 innerhalb der Kältemittelkanäle 22 bewegten Kältemittels keinen den Wirkungsgrad des Kältekreislaufes 10 deutlich herabsetzenden Druckabfällen innerhalb der Kältemittelkanäle 22 erzeugen. Gute Ergebnisse hinsichtlich eines deutlich verminderten Druckabfalles über die gesamte Länge der Kältemittelkanäle 22 haben sich bei einer Kanalbreite "b" von 12 mm und einer Kanalhöhe "h" von 2,1 mm mit einem hydraulischen Ersatzdurchmesser von 3 mm und mit einer daraus resultierenden Kanalquerschnittsfläche "A" von 18 mm² ergeben, wobei die den Kanalabmessungen üblicherweise anhaftenden Fertigungstoleranzen die positiven Ergebnisse nicht zu schmälern vermögen.

Es versteht sich, daß die Erfindung auch auf einen platinenartigen Verdampfer 16 anwendbar ist, dessen Kältemittelkanäle 22 im sogenannten Z-Bondverfahren hergestellt sind.

Claims (9)

1. Kältegerät mit wenigstens einem Kälteraum, welcher von einem in einem geschlossenen Kältekreislauf eingebundenen, aus einem Plattenverbund gebildeten Verdampfer gekühlt ist, welcher mit Kältemittelkanälen zur Führung des im Kältekreislauf von einem Verdichter angetriebenen Kältemittels ausgestattet ist, dadurch gekennzeichnet, daß als Kältemittel in bekannter Weise ein auf Kohlenwasserstoffen basierendes Kältemittel eingesetzt ist, welches in Kältemittelkanälen (22) geführt ist, deren Kanallquerschnitt (A) an den im Vergleich zu den auf Fluor-Kohlenwasserstoffen oder Fluor- Chlorkohlenwasserstoffen basierenden Kältemitteln höheren Volumenstrom der auf Kohlenwasserstoffen basierenden Kältemittel weitestgehend angepaßt ist und daß die neben dem Verdampfer (16) im Kältemittelkreislauf (10) vorgesehenen Kältemittel-Fließstrecken (12, 14) hinsichtlich ihres zur Führung von auf Fluor-Kohlenwasserstoffen oder Fluor-Chlorkohlenwasserstoffen basierenden Kältemittel dienenden durchströmbaren Querschnitts im wesentlichen unverändert sind.

2. Kältegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanalquer­ schnittsfläche (A) der Kältemittelkanäle (22) zur Führung des auf Kohlen­ wasserstoff basierenden Kältemittels gegenüber der Kanalquerschnittsfläche der Kältemittelkanäle zur Führung von auf Fluor-Kohlenwasserstoffen oder Fluor-Chlorkohlenwasserstoffen basierenden Kältemittel um 25% bis 50% vergrößert ist.

3. Kältegerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergrößerung der Kanalquerschnittsfläche (A) der Kältemittelkanäle (22), welche zur Führung des auf Kohlenwasserstoffen basierenden Kältemittels dienen, 50% gegenüber der Kanalquerschnittsfläche der Kältemittelkanäle beträgt, welche zur Führung des auf Fluor-Kohlenwasserstoffen oder Fluor- Chlorkohlenwasserstoffen basierenden Kältemittels dienen.

4. Kältegerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanalquerschnittsfläche (A) zwischen 17 mm² und 18,5 mm² liegt.

5. Kältegerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanalquerschnittsfläche (A) 18 mm² beträgt.

6. Kältegerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanalquerschnittsfläche (A) einen hydraulischen Ersatzdurchmesser von etwa 3 mm aufweist, welcher sich aus einer Kanalbreite (b) von 12 mm und einer Kanalhöhe (h) von 2,1 mm gibt.

7. Kältegerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das auf Kohlenwasserstoff basierende Kältemittel als Isobutan ausgebildet ist.

8. Kältegerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdampfer (16) als aus einem Plattenverbund zusammengesetzte Verdampferplatine mit im sogenannten Rollbond-Verfahren hergestellten Kältemittelkanälen (22) ausgebildet ist.

9. Kältegerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdampfer (16) als aus einem Plattenverbund zusammengesetzte Verdampferplatine mit im sogenannten Z-Bondverfahren hergestellten Kältemittelkanälen (22) ausgebildet ist.