DE4442817C2 - Verdampfer für ein Kompressorkühlgerät - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Verdampfer für ein Kompressorkühlgerät aus mindestens zwei Metallblechen, in denen durch Auftragen von schweißhinderndem Material auf mindestens eines der Metallbleche auf der dem anderen Metallblech zugewandten Seite unter Innendruck ausgeformte mäanderförmig verlaufende Kühlmittelkanäle vorgesehen sind und die durch Warmwalzverschweißen miteinander verbunden sind. Der Verdampfer ist über einen Trockner und/oder einen Kondensator mit einem Kompressor verbunden. Er weist eine in einen sich vergrößernden und als Injektor ausgebildeten Kanalquerschnitt einmündende kapillare Leitung zum Einlaß des in flüssiger Phase sich befindenden Kühlmittels und eine mit im Vergleich zur Einlaßleitung wesentlich größerem Querschnitt ausgebildete Leitung zum Auslaß des sich in der dampfförmigen Phase befindlichen Kühlmittels auf.

Verdampfer werden zur Bildung eines Kühlraumes regelmäßig aus entsprechend ebenen Verdampferplatinen geformt, die nach der Umformung und im Einbauzustand einen oder mehrere Kühlräume eines Kühlgerätes jeweils einseitig begrenzen oder mehrseitig umschließen und häufig auch die Rückwand eines solchen Kühlraumes bilden.

Verdampferplatinen und deren Herstellung nach dem sogenannten Rollbond-Verfahren sind in der DE-PS 15 52 044 beispielhaft dargestellt. Beim Rollbond-Verfahren, bei dem die beiden Lagen der Platine durch eine Walzverschweißung unter Streckung des Substrats miteinander verbunden werden, wird durch Trennschichten aus schweißhinderndem Material für den späteren Verlauf des Kühlmittelkanals bildende exakt begrenzte Flächen gesorgt. Diese Maßnahme ist beispielsweise in der DE-PS 19 20 424 beschrieben.

Die Ausformung erfolgt in der Regel durch Druckluft, welche zwischen die nicht verschweißten Kanalbereiche geleitet wird und über den dort entstehenden Innendruck eine oder beide zusammengeschweißten Platinen zur Bildung von Kanalquerschnitten verformt.

Die DE-AS 11 40 211 offenbart eine Kapillare in einem aufgeweitetem Kanalblech für Kompressionskältemaschinen, welches Kanäle für zu verflüssigendes und verdampfendes Kältemittel enthält. Die Kapillare besteht aus einem Kanal, der zu einem Spalt verengt ist und der in einem gekrümmten Stück des Kanalbleches liegt. Die Ausbildung der Kanäle mit einem relativ kleinen Querschnitt erfolgt erst durch eine Krümmungsverformung. Durch das während der Krümmungsverformung fließende Material der Kanalwände entstehen Kanäle, die in hinreichender Näherung als Kapillare bezeichnet werden können. Die zunächst noch in einem ungekrümmten Stück des Kanalbleches befindlichen Kanäle bedürfen zur Querschnittsverminderung unbedingt der Krümmungsverformung. Diese legt den gesamten Fertigungsablauf fest. In verschiedenen Anwendungsfällen ist jedoch die durch die Krümmungsverformung bedingte Vorbestimmtheit der Geometrie nicht erwünscht.

Als Kühlmittel wurde in der Vergangenheit lediglich Kohlenwasserstoff (FCKW) benutzt, während heutige neuere Kühlsysteme in der Regel FCKW-freie Werkstoffe, wie z. B. Butan verwenden. Parallel zu der Verwendung neuer Kühlmittel sind heute weitere Sicherheitsvorschriften im konstruktiven Bereich zu beachten, die im wesentlichen dahin gehen, daß kritische Stellen im Verdampferbereich, d. h. im wesentlichen Verbindungsstellen gleicher oder unterschiedlicher Werkstoffe, Preßstellen, Fügestellen oder stark gebogene und darum eventuell stark vorverformte und in ihrem Querschnitt verdünnte Bereiche, sich nicht mehr innerhalb des Kühlraumes befinden dürfen.

Solche kritischen Bereiche sind also bei den zukünftig herzustellenden Kühlgeräten außerhalb des Kühlraumes und außerhalb der den Kühlraum umgebenden Isolierung anzuordnen.

Dies stößt insbesondere dort auf Schwierigkeiten, wo die Anordnung solcher kritischen Bereiche außerhalb des Kühlraumes zu Kühlverlusten bzw. zu Energieverlusten führt.

Dies ist z. B. der Fall, wenn die Verbindungsstelle zwischen der kapillaren Zufuhrleitung zum Einlaß des in flüssiger Phase sich befindenden Kühlmittels und dem Verdampfer in Bereiche außerhalb des Kühlraumes gelegt wird.

Üblicherweise wird diese Verbindungsstelle durch eine Preßung dergestalt ausgeführt, daß die Kapillarleitung in einen bereits aufgeweiteten Teil des mäanderförmigen Kanales eingelegt und an ihrem Außenumfang mit Webstoff/Verbindungsmittel versehen wird, wonach in einer Preßvorrichtung der die Kapillarleitung nun umgebende Teilkanal des Verdampfers mit der Kapillarleitung verpreßt wird.

Da es bei diesem Preßvorgang leicht zu Schädigungen des Kapillarrohres oder auch zum Abscheren oder mindestens zum Überdehnen von Teilbereichen des Kanalquerschnittes im Verdampfer kommen kann, handelt es sich hier um eine der kritischen Stellen, die notwendigerweise aus dem Kühlmittelinnenraumbereich heraus in den Außenbereich verlegt werden müssen.

Das Kapillarrohr ragt jedoch bei diesem üblichen Herstellungsverfahren noch hinter dem verpreßten Bereich in den ursprünglich vorhandenen oder sogar absichtlich erweiterten und als Injektor ausgebildeten Teil des Kühlmittelkanales, so daß durch die hier stattfindende plötzliche und sehr starke Entspannung des eingeleiteten Kühlmittels eine extrem starke Kühlung des Umgebung stattfindet.

Wird also die Verbindungsstelle oder der an sie unmittelbar anschließende und im Bereich starker Kühlung liegende Teil des Verdampfers aus Sicherheitsgründen außerhalb des Kühlraumes plaziert, so entstehen hier erhebliche Energieverluste durch eine Kühlung außerhalb des Kühlraumes.

Zur Vermeidung solcher Verluste wurde bereits versucht, die Verbindungsstelle zwischen Kapillarrohr und Verdampfer wieder näher an den Innenraum bzw. in den Innenraum zu legen und hier separat durch Kunststoffumhüllungen bzw. Sicherheitsräume zu schützen. Diese Versuche sind jedoch aus sicherheitstechnischen Erwägungen nur bedingt geeignet, hier eine Lösung zu finden bzw. die sicherheitstechnischen Aspekte mit den Vorstellungen über Niedrigenergie-Kühlsysteme zu korrelieren.

Für die Erfindung bestand daher die Aufgabe, insbesondere die kritischen Bereiche bei der Verbindung der Kapillarleitung mit dem Verdampfer so auszubilden, daß einerseits sicherheitstechnische Aspekte vollständig erfüllbar werden und die Verbindungsstellen außerhalb des Kühlraumes ausgebildet werden können und andererseits die Energieverluste so gering wie möglich zu halten, die Herstellung zu vereinfachen und die Unwägbarkeiten bei einer Preß- und/oder Lötverbindung zwischen einem Kapillarkanal und einem Kühlmittelkanal zu vermeiden. Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Hauptanspruches.

Weitere vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen erfaßt.

Die Erfindung besteht demzufolge darin, daß die kapillare Leitung zum Einlaß des in flüssiger Phase sich befindenden Kühlmittels als zwischen den Metallblechen verlaufender und als Anfangsteil des mäanderförmig verlaufenden Kühlmittelkanales ausgebildeter und ausgeformter Kapillarkanal mit beliebigem und zum runden Querschnitt einer Kapillarleitung hydraulisch gleichwertigen Querschnitt als Teil des Verdampfers ausgebildet ist.

Durch eine solche Ausbildung des einlaufseitigen Kühlmittelkanals als Kapillarkanal mit einem zum runden Querschnitt einer Kapillarleitung hydraulisch gleichwertigen Querschnitt läßt sich der Querschnittsprung im Kühlmittelkanal bzw. die Injektorzone an eine beliebige Stelle in der Verdampferplatine und damit an einen in Bezug auf Energieverluste unkritischen Bereich innerhalb des Kühlraumes verlegen.

Gleichzeitig vereinfacht sich der Anschluß eines etwa zum Trockner oder zum Kondensator weiterführenden Kapillarrohres dadurch, daß durch die annähernd gleichen Querschnitte von Kapillarkanal und Kapillarrohr eine Lötung erfolgen und auf die im Stand der Technik übliche und bekannte Preßung und Verquetschung der beiden Leitungselemente vollständig verzichtet werden kann.

Durch die Lötung solcher annähernd gleicher Querschnitte wird auch bin ungewolltes Erweitern der Kapillarleitung und damit die Entspannung der Kühlflüssigkeit in Bereichen außerhalb des Kühlraumes und somit eine vorgezogene Injektorfunktion verhindert.

Eine solche Konstruktion trägt zum einen also dem gesteigerten Sicherheitsbewußtsein Rechnung und läßt gleichzeitig eine Minimierung von Energieverlusten zu.

Eine besonders vorteilhafte Ausbildung ergibt sich dadurch, daß die Leitung zum Auslaß sich in der dampfförmigen Phase befindlichen Kühlmittels als zwischen den Metallblechen verlaufender Endteil des mäanderförmig verlaufenden Kühlmittelkanales ausgebildet ist und einlaufseitig oberhalb des Injektors parallel und in unmittelbarer Nähe des Kapillarkanales verläuft.

Hierdurch erreicht man auf einfachste Weise eine Wärmeübertragung von dem als "Heißgas" bezeichneten dampfförmigen Kühlmittel nahe dem Auslauf aus dem Verdarupfer auf das sich noch in der flüssigen Phase und unter Hochdruck befindlichen Kühlmittel im Kapillarkanal.

Die Wärmeübertragung erfolgt hier in besonders günstiger Weise in wesentlichen Größenordnungen durch Wärmeleitung des Metalles des Kühlmittelkanales und nicht etwa wie beim Stand der Technik im wesentlichen durch Wärmeübertragung zwischen Grenzschichten zweiter ineinander verwobener Leitungen.

Durch diese Wärmeübertragung wird der Druck in der Kühlmittelzuleitung weiter erhöht, so daß sich bei der Entspannung im Injektor eine weiter erhöhte Kühlleistung ergibt.

Eine weitere vorteilhafte Ausbildung ergibt sich dadurch, daß der als Endteil des mäanderförmig verlaufenden Kühlmittelkanales ausgebildete Auslaß dem sich in der dampfförmigen Phase befindlichen Kühlmittels und der Kapillarkanal mindestens teilweise auf einer als Teil der miteinander metallisch fest in Form einer Verschweißung oder Verlötung miteinander verbundenen Metallbleche ausgebildeten Blechfahne angeordnet sind.

Eine solche Blechfahne läßt sich nach der Herstellung des Verdampfers leicht abbiegen und in jeden beliebigen Bereich des Kühlgerätes führen, so daß eine ausgesprochen einfache Anpassung auf die jeweilige Kühlraumform schon in dem Herstellung vorgegeben wird.

In einer weiteren vorteilhaften Ausbildung ist die Blechfahne über einzelne kurze und dünne Stege mit dem übrigen Verdampfer verbunden, so daß zunächst eine gut und einfach zu transportierende Verdampferplatine herzustellen ist und durch einfaches Abreißen oder Abknicken der Blechstäbe und das entsprechend der Kühlraumgeometrie nötige Abwinkeln der Blechfahne eine auf die jeweiligen Kühlgeräte angepaßte leichte Herstellung und problemloser Einbau gewährleistet sind.

Weitere und in der Vereinfachung der Lotverbindung begründete Vorteile ergeben sich, wenn die zum Kompressor und/oder zum Trockner oder zum Kondensator führenden Verbindungsleitungen vom Verdampfer als Rohrleitungen auf einem Material ausgebildet sind, welchem dem Material des Verdampfers entspricht.

Hierdurch werden bei der Verlötung keine Zwischenschalen oder Abstützringe nötig, wodurch das Lötverfahren als solches als Standardlötverfahren einfach durchzuführen ist. Vorteilhaft und sinnvoll in Bezug auf einen weiteren und verstärkten Wärmeaustausch zwischen Einlaufleitung und Auslaufleitung ist eine Ausbildung, bei der die zum Kompressor und/oder zum Trockner oder zum Kondensator führenden Verbindungsleitungen miteinander in Materialkontakt stehen bzw. miteinander verwoben sind.

Zusätzlich zu der weiter gesteigerten Wärmeübertragung ergibt sich hier eine Abstützung der relativ empfindlichen Kapillarleitung durch die dicker und größer ausgebildete Heißgasleitung zwischen Verdampfer und Kompressor.

Bei der bereits geschilderten einfachen Verlötung zweier annähernd querschnittsgleicher Rohrleitungen ist es vorteilhaft, daß die zum Kompressor und/oder zum Trockner oder zum Kondensator führenden Verbindungsleitungen mindestens an der Lötstelle des Anschlusses an den Verdampfer ein aufgestauchtes und/oder aufgeweitetes Ende aufweisen.

Dadurch ergibt sich eine Abstützfunktion der Lötstelle, ohne daß die Aufweitung oder das aufgestauchte Ende der jeweiligen Leitung als Aufweitung im Sinne eines Injektors wirkt.

Unterstützt wird dies im wesentlichen durch die Ausbildung des auf der Blechfahne vorhandenen Kapillarkanales, der durch die Ausbildung eines dem runden Querschnitt einer Kapillarleitung hydraulisch gleichwertigen Querschnittes dem einströmenden in der flüssigen Phase befindlichen Kühlmittel einen solchen Strömungswiderstand entgegensetzt, daß eine Entspannung innerhalb der Lötverbindungsstellen nicht zu befürchten ist und kontrolliert erst am innerhalb der Verdampferplatine ausgebildeten Injektor auftritt.

Anhand eines Ausführungsbeispiels soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen

Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Verdampfer mit einem einlaufseitigen Kapillarkanal, welchere parallel zum Heißgaskanal läuft;

Fig. 2 einen erfindungsgemäßen Verdampfer in der Ansicht und in der Aufsicht mit einer über einen großen Bereich abgeknickten Blechfahne;

Fig. 3 ein Verdampfer gemäß Fig. 2, jedoch mit einer lediglich kurz abgeknickten Blechfahne;

Fig. 4 ein Kühlsystem mit einem erfindungsgemäßen Verdampfer.

Die Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Verdampfer 1, bei welchem parallel zum ausgeformten Kapillarkanal 2 der ablaufseitige Heißgaskanal 3 verläuft. Beide Kanäle sind Teile des durch das Rollbond-Verfahren ausgeformten mäanderförmigen Kühlmittelkanales 4.

Im Bereich der Parallelführung des Heißgas- und des Kapillarkanales ergibt sich ein intensiver Wärmeaustausch zwischen dem abgeführten Kühlmittel in der dampfförmigen Phase und dem in flüssiger Phase zugeführten Kühlmittel.

Die Parallelführung reicht bis kurz vor den als sich vergrößernder Kühlmittelkanal ausgebildeten Injektor 5, in welchem das flüssige Kühlmittel entspannt wird und in dem die stärkste Kühlwirkung einsetzt.

Teilweise laufen die beiden parallelen Heißgas und Kapillarkanäle auf einem als Blechfahne 6 ausgebildeten Bereich dem Verdampfers 1, welche über einen Steg 6 mit dem Verdampfer verbunden ist.

Dieser Steg kann nach Belieben und nach Einbaulage des Verdampfers im Kühlgerät abgebrochen bzw. abgeknickt werden, wonach die Blechfahne 6 in jede beliebige Stellung und Richtung gebogen werden kann. Am Ende der Blechfahne 6 sind die im wesentlichen aus zum Verdampfer gleichen Material ausgebildeten Rohrleitungen 8 und 9 für das Heißgas- bzw. für die Kühlmittelzufuhr angeschlossen. Die Verbindung der annähernd gleich groß ausgebildeten Anschlüsse zwischen Leitungen und Verdampferkanälen erfolgt durch die Lötstellen 10 und 11. Durch eine solche Anordnung des Injektors und der Anschlüsse gleichen Querschnitts wird unter anderem das im Stand der Technik häufig zu bemängelnde Einlaufgeräusch bei Einströmvorgängen durch das in einem Kühlmittelkanal eingepreßte Einlaufrohr verhindert. Dieses Geräusch entsteht durch eine unkontrollierte Anströmung an den Wänden, durch Rückstoßeffekte und durch ein Aufschaukeln einer Schwingung des oft freien Kapillarrohrendes.

Fig. 2 zeigt den erfindungsgemäßen Verdampfer in einer vergrößerten Darstellung in einer Ansicht und in einer Aufsicht, wobei die hier vorhandene Blechfahne 6 über einen relativ großen Bereich abgewinkelt werden kann. Dies resultiert aus der im linken Teilbild ersichtlichen Doppelfaltung der Blechfahne bzw. durch die an den Stellen 12 und 13 vorhandenen Blechstege, die nach Belieben abgeknickt werden können.

Der Injektor befindet sich hier etwa an der Stelle 14 und damit Im Kühlinnenraum, während die für den Einbau abgeknickte Blechfahne 6 weit aus dem z. B. mit einem Schaumstoff 15 isolierten Kühlraum hinausragt und in beliebiger Weise an die zugehörigen Elemente angebunden werden kann.

Fig. 3 zeigt den bereite in der Fig. 2 dargestellten Verdampfer, jedoch lediglich mit einem abgeknickten Steg 13 und der daraus resultierenden weitaus geringeren Abwinkelung der Blechfahne 6.

Die Vielfalt der Anwendungsmöglichkeiten wird hier dadurch besonders deutlich, daß durch beliebige Abwinkelbarkeit eine Anpassung an die Einbauorte der übrigen Kühlgerätekomponenten beliebig erfolgen kann.

Fig. 4 zeigt die gesamte Anordnung eines Kühlgerätes mit einem erfindungsgemäßen Verdampfer noch einmal in der Übersicht. Man erkennt hier deutlich die an den Verdampfer 1 anschließende Blechfahne 6 sowie den Injektor 5, welcher in der Verdampferplatine angeordnet ist. Über die Lötstellen 10, 11 sind die Leitungen für das Heißgas und das flüssige Kühlmittel 8 und 9 an den Verdampfer angebunden, welche im Bereich 16 miteinander verwoben oder verwickelt sind, um einen weiter gesteigerten Wärmeaustausch zu erreichen.

Über die Lötstellen 17, 19, 20 sind der Trockner 21, der Kondensator 22 als auch die Anschlüsse den Kondensator 18 ausgeführt, wodurch sich ein geschlossenes System ergibt, das sämtliche Verbindungsstellen außerhalb des Kühlraumes legt und die Energieverluste auf ein Minimum reduziert.

Claims (10)

1. Verdampfer für ein Kompressorkühlgerät aus mindestens zwei Metallblechen, in denen durch Auftragen von schweißhinderndem Material auf mindestens eines der Metallbleche auf der dem anderen Metallblech zugewandten Seite unter Innendruck ausgeformte mäanderförmig verlaufende Kühlmittelkanäle vorgesehen sind und die durch Warmwalzverschweißen miteinander verbunden sind, wobei der Verdampfer über einen Trockner und/oder einen Kondensator mit einem Kompressor verbunden ist und eine in einen sich vergrößernden und als Injektor ausgebildeten Kanalquerschnitt einmündende kapillare Leitung zum Einlaß des in flüssiger Phase sich befindenden Kühlmittels und eine mit im Vergleich zur Einlaßleitung wesentlich größerem Querschnitt ausgebildete Leitung zum Auslaß des sich in der dampfförmigen Phase befindlichen Kühlmittels aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die kapillare Leitung zum Einlaß des in flüssiger Phase sich befindenden Kühlmittels als zwischen den Metallblechen verlaufender und als Anfangsteil des mäanderförmig verlaufenden Kühlmittelkanals ausgebildeter und gleichzeitig mit diesem durch Innendruck ausgeformter Kapillarkanal mit beliebigem und zum runden Querschnitt einer Kapillarleitung hydraulisch gleichwertigen Querschnitt als Teil des Verdampfers ausgebildet ist.

2. Verdampfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung zum Auslaß des sich in der dampfförmigen Phase befindlichen Kühlmittels als zwischen den Metallblechen verlaufender Endteil des mäanderförmig verlaufenden Kühlmittelkanales ausgebildet ist und einlaufseitig oberhalb des Injektors parallel und in unmittelbarer Nähe des Kapillarkanales verläuft.

3. Verdampfer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der als Endteil des mäanderförmig verlaufenden Kühlmittelkanales ausgebildete Auslaß des sich in der dampfförmigen Phase befindlichen Kühlmittels und der Kapillarkanal mindestens teilweise auf einer als Teil der miteinander metallisch fest in Form einer Verschweißung oder Verlötung miteinander verbundenen Metallbleche ausgebildeten Blechfahne angeordnet sind.

4. Verdampfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Blechfahne abwinkelbar ausgebildet und aus dem Kühlinnenraum herausragend ausgebildet ist.

5. Verdampfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Blechfahne über schmale abreißbare Stege mit dem Verdampferkörper verbunden ist.

6. Verdampfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zum Kompressor und/oder zum Trockner oder zum Kondensator führenden Verbindungsleitungen vom Verdampfer als Rohrleitungen aus einem Material ausgebildet sind, welches dem Material des Verdampfers entspricht.

7. Verdampfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zum Kompressor und/oder zum Trockner oder zum Kondensator führenden Verbindungsleitungen miteinander in Materialkontakt stehen.

8. Verdampfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zum Kompressor und/oder zum Trockner oder zum Kondensator führenden Verbindungsleitungen miteinander verwoben sind.

9. Verdampfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zum Kompressor und/oder zum Trockner oder zum Kondensator führenden Verbindungsleitungen mit dem Verdampfer verlötet sind.

10. Verdampfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zum Kompressor und/oder zum Trockner oder zum Kondensator führenden Verbindungsleitungen mindestens an der Lötstelle des Anschlusses an den Verdampfer ein aufgestauchtes und/oder aufgeweitetes Ende aufweisen.