EP0918199A2

EP0918199A2 - Verdampfer

Info

Publication number: EP0918199A2
Application number: EP98122073A
Authority: EP
Inventors: Walter Dipl.-Ing. Holz; Wolfgang Dipl.-Ing. Becker; Hans Christian Mack
Original assignee: BSH Bosch und Siemens Hausgeraete GmbH
Current assignee: BSH Hausgeraete GmbH
Priority date: 1997-11-21
Filing date: 1998-11-20
Publication date: 1999-05-26
Anticipated expiration: 2018-11-20
Also published as: EP0918199A3; DE59809407D1; EP0918199B1; ES2205365T3; DE19751768A1; SI0918199T1

Abstract

Bei einem Verdampfer (10,20,30,40,50) zur Anordnung außerhalb des zukühlenden Kälteraumes und zur zwangsweisen Belüftung anhand eines die abgekühlte Kaltluft zwangsweise in den Kälteraum fördernden Ventilators ist der Verdampfer (10,20,30,40,50) durch wenigstens zwei annähernd parallel übereinander angeordnete, wärmeleitende Ebenen (11,21,31,41,51) gebildet, über welche sich zumindest ein die beiden Ebenen (11,21,31,41,51) kältetechnisch miteinander verbindende, in wärmeleitenden Kontakt mit den Ebenen (11,21,31,41,51) stehende Kältemittelkanal (13,23,33,43,53) erstreckt. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft einen Verdampfer zur Anordnung außerhalb des zu kühlenden Kälteraumes und zur zwangsweisen Belüftung anhand eines die abgekühlte Kaltluft zwangsweise in den Kälteraum fördernden Ventilators.

Bei als No-Frostkältegeräte ausgebildeten Kühl- und Gefrierschränken sind die zur Kälteerzeugung dienenden Verdampfer außerhalb ihres Lagerraumes angeordnet und im allgemeinen als sogenannte Lamellenverdampfer ausgebildet. Bei dieser Art von Verdampfer sind meanderartig angelegte Verdampferrohre vorgesehen, welche zur Vergrößerung ihrer wärmeübertragenden Oberflache mit entlang ihrer Meanderform angeordneten, in Form von dünnwandigen Blechen gefertigten Lamellen versehen sind. Die Herstellung derartiger Verdampfer ist fertigungstechnisch aufwendig und kostenintensiv, insbesondere dann, wenn die Verdampferrohre aus geraden und gebogenen Einzelrohrstücken zusammengefügt und miteinander verlötet werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Verdampfer gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 mit einfachen konstruktiven Maßnahmen zu verbessern.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Verdampfer durch wenigstens annähernd parallel übereinander angeordnete, wärmeleitende Ebenen gebildet ist, über welche sich zumindest ein die beiden Ebenen kältetechnisch miteinander verbindender, in wärmeleitenden Kontakt mit den Ebenen stehender Kältemittelkanal erstreckt.

Durch die platinenartig gestalteten Ebenen sind ohne fertigungstechnisch aufwendige Maßnahmen, z. B. in Form von Lamellen, in Ansatz bringen zu müssen, kostengünstig große Wärmetauschflächen erzeugt, durch deren parallele Anordnung über einander zugleich eine zielgerichtete Kälteleistung bei geringen Raumbedarf ermöglicht ist. Darüber hinaus eröffnen die platinenartig ausgebildeten Ebenen die Möglichkeit, zur Steigerung der Kälteleistung des Verdampfers mit einfachen fertigungstechnischen Maßnahmen die Anordnungsdichte der Kältemittelkanalanordnung zur steigern.

Nach einer bevorzugten Ausführung des Gegenstandes der Erfindung ist vorgesehen, daß die Ebenen durch Abwinklung einer einstückigen Platine gebildet sind, in deren abgewinkelten Zustand die Ebenen sich zumindest annähernd parallel gegenüberliegen und mit der Kältemittelkanalanordnung versehen sind.

Ein derartiger Verdampfer ist nicht nur fertigungstechnisch besonders einfach und kostengünstig herstellbar sondern bietet durch seinen U-förmigen Querschnitt eine hohe Eigensteifigkeit, so daß das Handling des Verdampfers in der Fertigung deutlich erleichtert ist.

Fertigungstechnisch besonders einfach abänderbar ist das Kanalbild des Verdampfers und somit besonders zielgerichtet anpaßbar an dessen bedarfsgemäße Kälteleistung, wenn nach einer nächsten bevorzugten Ausführungsform des Gegenstandes der Erfindung vorgesehen ist, das die Platine mit der darauf angeordneten Kältemittelkanalanordung im Roll-Bond- oder mit Z-Bond-Verfahren erzeugt ist.

Ein besonders kostengünstiger Aufbau für einen Verdampfer ergibt sich, wenn nach einer nächsten bevorzugten Ausführungsform des Gegenstandes der Erfindung vorgesehen ist, daß die Kältemittelkanalanordnung als eine in Windungen geformte Rohleitung ausgeführt ist, welche an den Ebenen in wärmeleitenden Kontakt festgesetzt ist.

Darüber hinaus ermöglicht eine derartige Ausführung eines Verdampfers eine gezielte Materialkombination zwischen der das Kältemittel führenden Rohrleitung und den die Wärmetauschflächen darstellenden Ebenen, wodurch der Wärmeübergang zwischen beiden Elementen auf einfache Weise optimierbar ist.

Besonders zweckmäßig angeordnet ist die Kältemittelkanalanordnung am Verdampfer, wenn nach einer nächsten vorteilhaften Ausgestaltung des Gegenstandes der Erfindung vorgesehen ist, daß die Kältemittelkanalanordnung an den einander zugewandten Flächen der Ebenen vorgesehen ist.

Ferner ergibt sich hierdurch die Möglichkeit zwischen die Ebenen zum äußerst intensiven wärmeleitenden Kontakt zusätzliche Elemente zur weiteren Vergrößerung der Wärmetauschflächen des Verdampfers einzubringen, ohne dabei den Raumbedarf zur Unterbringung des Verdampfers vergrößern zu müssen.

Besonders einfach herstellbar ist ein zur Vergrößerung der Wärmetauschflächen dienendes zusätzliches Element, wenn gemäß einer nächsten vorteilhaften Ausgestaltung des Gegenstandes der Erfindung vorgesehen ist, daß zwischen den parallel übereinander angeordneten Ebenen ein in wärmeleitenden Kontakt mit diesen stehendes Wellenprofil angeordnet ist.

Entsprechend einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Gegenstandes der Erfindung ist vorgesehen, daß zwischen den parallel übereinander angeordneten Ebenen mehrere Wellenprofilabschnitte in wärmeleitenden Kontakt mit den Ebenen nebeneinander angeordnet sind, von denen die Wellen von zwei benachbart zueinander angeordneten Wellenprofilabschnitten gegenphasig zueinander verlaufen.

Durch eine derartige Ausführungsvariante ist mit einfachen Mitteln eine besonders platzsparende und große Wärmetauschfläche im Verdampfer erreicht, wobei die zur Vergrößerung der Wärmetauschfläche beitragenden Wellenprofile durch ihre Anordnung zwischen den beiden Ebenen in besonders intensiven wärmeleitenden Kontakt mit den Ebenen bringbar sind.

Besonders zweckmäßig ausgebildet sind die dem Verdampfer bildenden Ebenen, wenn nach einer nächsten vorteilhaften Ausgestaltung des Gegenstandes der Erfindung vorgesehen ist, daß die beiden Ebenen zumindest weitestgehend geschlossen flächig ausgebildet sind.

Nach einer nächsten bevorzugten Ausführungsform des Gegenstandes der Erfindung ist vorgesehen, daß die beiden Ebenen aus ihrer Fläche herausgestellt angeordnete Flächenelemente aufweisen.

Hierdurch ist an den Wärmetauschflächen eine Oberflächenvergrößerung bezweckt, welche sich einerseits fertigungstechnisch besonders günstig bei der Herstellung des Verdampfers erzeugen läßt und welche ohne zusätzliche Maßnahmen durch deren unmittelbare Anbindung an die Wärmetauschflächen im besonders intensiven wärmeleitenden Kontakt mit den Wärmetauschflächen steht. Ferner sind durch eine derartige Lösung durch Zusatzmaßnahmen in intensiven wärmeleitenden Kontakt bringbare zusätzliche Elemente zur Vergrößerung der Wärmetauschfläche am Verdampfer vermieden.

Eine besonders intensive Verwirbelung der die Wärmetauschflächen umströmenden Luft und damit eine gute Wärmeübertragung von den Wärmetauschflächen auf diese Luft ergibt sich, wenn gemäß einer letzten bevorzugten Ausführungsform des Gegenstandes der Erfindung vorgesehen ist, daß die Flächenelemente wechselweise aus den Ebenen herausgestellt angeordnet sind und sowohl in den Zwischenraum zwischen die beiden Ebenen als auch davon abgewandt nach außen gerichtet sind.

Die Erfindung ist in der nachfolgenden Beschreibung anhand mehrerer in der beigefügten Zeichnung vereinfacht dargestellter Ausführungsbeispiel erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1: Eine erste Ausführungsform eines Verdampfers mit mehreren durch Abwinkelung einer Platine erzeugte parallele Ebenen in Vorderansicht,
Fig. 2: den Verdampfer gemäß Fig. 1 Draufsicht,
Fig. 3: eine zweite Ausführungsform eines Verdampfers mit zwei übereinander angeordneten platinenartigen, über eine Rohrkältemittelleitung kältetechnisch aneinander angekoppelte Ebenen, in Vorderansicht,
Fig. 4: dem Verdampfer gemäß Fig. 3 in Draufsicht,
Fig. 5: dem Verdampfer gemäß Fig. 4 mit einem zwischen seinen Ebenen angeordneten Wellenprofil, in Vorderansicht,
Fig. 6: den Verdampfer gemäß Fig. 5 in Draufsicht,
Fig. 7: den Verdampfer gemäß Fig. 5 mit einem weiteren zwischen seinen Ebenen gegenphasig zum ersten Wellenprofil angeordneten weiteren Wellenprofil, in Vorderansicht,
Fig. 8: den Verdampfer gemäß Fig. 7 in Draufsicht,
Fig. 9: eine letzte Ausführungsform eines ähnlich zu dem in Fig. 3 dargestellten Verdampfer ausgeführten Verdampfers, mit an seinen platinenartigen Verdampferebenen herausgestellt angeordneten Flächenelementen, in Seitenansicht,
Fig. 10: dem Verdampfer gemäß Fig. 9 in Draufsicht.

In Fig. 1 ist eine erste Ausführungsform eines zum Einsatz in sogenannten No-Frostkältegeräten, wie Kühl- oder Gefrierschränke, geeigneter Verdampfer 10 gezeigt, welcher drei in parallelem Abstand übereinander angeordnete, aus wärmeleitendem Material wie beispielsweise Aluminium oder Aluminiumlegierungen gefertigte Ebenen 11 aufweist. Diese sind durch mehrmalige Abwinklung eines platinenartigen Aluminiumblechzuschnittes erzeugt, wobei durch die Abwinklung ein im wesentlichen senkrecht zu den Ebenen 11 angeordnetes Wandstück 12 geschaffen ist, welches jeweils zwei benachbart zueinander angeordnete Ebenen 11 einstückig miteinander verbindet. Die Ebenen 11 sind an ihren einander zugewandten Innenseiten mit einer meanderartig angelegten Kältemittelkanalanordnung 13 ausgestattet, welche im Rollbondverfahren in den platinenartigen Zuschnitt des Verdampfer 10 eingebracht ist, wobei die Kältemittelkanalanordnung 13 an der höher liegenden und mittleren Ebene 11 sowie an dem die beiden Ebenen 11 miteinander verbindenden Wandstück 12 an der einen Außenseite der Platine vorgesehen ist, während die Kältemittelkanalanordnung 13 an der mittleren und unteren Ebene 11 sowie dem zu deren Verbindung dienenden Wandstück 12 an der dazu gegenüberliegenden Außenseite der Platine angeordnet ist. Die an der mittleren Ebene 11 beidseitig diesem Platinenabschnitt vorgesehenen Kältemittelkanalanordnungen 13 sind miteinander durch ein nicht näher gezeigtes Kanalstück verbunden, so daß die drei Ebenen 11 mit einer durchgehend verlaufenden Kältemittelführung überzogen sind, welche von einer Kältemaschine eines No-Frostkältegeräts mit Kältemittel versorgt ist. Durch den Abstand zwischen den benachbart zueinander angeordneten Ebenen 11 sind Zwischenräume 14 erzeugt, welche zur zwangsweisen Belüftung der Ebenen 11 und somit zur Steigerung des Wärmeüberganges an den Ebenen 11 auf die beispielsweise von einem Ventilator zwangsweise umgewälzte Kühlluft dienen, wobei die Belüftungsrichtung des Verdampfers 10 quer zu der meanderförmig angelegten Kältemittelkanalanordnung 13 erfolgt, wie dies beispielhaft in Fig. 2 durch einen Pfeil angedeutet ist.

Fig. 3 zeigt in vereinfachter schematischer Darstellung eine weitere Ausführungsform eines Verdampfers 20, welcher zwei platinenartig beispielsweise aus Aluminium oder Auminiumlegierung ausgebildete Ebenen 21 aufweist, welche in parallelen Abstand zueinander angeordnet sind. Die Ebenen 21 sind an ihren einander zugewandten Innenseiten 22 mit einer meanderartige angelegten Kältemittelkanalanordnung 23 versehen, welche durch beispielsweise aus einem Kupferrohr gefertigten, in wärmeleitenden Kontakt mit den Ebenen 21 stehenden Rohrleitung gebildet ist. Die Kältemittelkanalanordnungen 23 an den Innenseiten 22 sind untereinander durch ein Verbindungsstück 24 verbunden, so daß der Verdampfer 20 eine über seine beiden Ebenen 21 durchgehende verlaufende Kältemittelführung aufweist. Die Ebenen 21 bilden durch ihren Abstand zueinander einen Zwischenraum 25, welcher zur zwangsweisen Belüftung der Innenseiten 22, insbesondere der Kältemittelkanalanordnung 23 dient, wobei die Belüftung, welche zur Steigerung des Wärmeübergangs auf die zwangsweise umgwälzte Luft dient, quer zu den meanderförmig angelegten Kältemittelkanalanordnungen 23 entlang der Ebenen 21 erfolgt, wie dies beispielhaft in Fig. 4 mittels eines Pfeiles gezeigt ist.

Fig. 5 und Fig. 6 zeigt einen Verdampfer 30, welcher ähnlich dem Verdampfer 20 ausgebildet ist und wie dieser zwei in parallelen Abstand zueinander angeordnete, platinenartig ausgeführte Ebenen 31 aus wärmeleitendem Material, wie Aluminium oder dergleichen aufweist, welche wie die Ebenen 21 an ihren einander zugewandten Innenseiten 32 mit je einer meanderförmig verlaufenden Kältemittelkanalanordnung 33 ausgestattet sind, welche untereinander durch ein Verbindungsstück 34 zu einer durchgehend über den gesamten Verdampfer verlaufenden Kältemittelführung verbunden sind. Die Ebenen 31 bilden durch ihren vertikalen Abstand zueinander zwischen ihren Innenseiten 32 einen Zwischenraum 35, welcher wie der Zwischenraum 25 von einer mittels eines Ventilators zwangsweise umgewälzten Kühlluft (in Fig. 6 mit einem Pfeil symbolisch dargestellt) zur Erreichung eines günstigeren Wärmeübergangs zwangsweise belüftet ist und welcher zur Aufnahme eines die Wärmeübertragungsfläche der Ebenen 31 vergrößernden Wellenprofils 36 dient. Dieses befindet sich innerhalb des Zwischenraumes 35 in wärmeleitenden Kontakt mit der Kältemittelkanalanordnung 33 an den Innenseiten 32 und dient zusätzlich zur Steigerung der Turbulenzen für die zwangsweise durch den Zwischenraum 35 geförderte Kühlluft. Das Wellenprofil 36 ist beispielsweise durch spanlose Verformung einer aus gut wärmeleitenden Material wie Aluminium, Kupfer oder der dergleichen gefertigten Blechplatine erzeugt und besitzt in seiner gewellten Form zumindest weitestgehend die Abmessungen der Ebenen 31.

Die Figuren 7 und 8 zeigen eine ähnlich dem Verdampfer 30 ausgebildete Ausführungsvariante eines Verdampfers 40 mit zwei im parallelen Abstand zueinander angeordneten Ebenen 41. Diese sind an ihren einander zugewandten Innenseiten 42 mit je einer meanderartig angeordneten Kältemittelkanalanordnung 43 versehen, welche über ein rohrartig ausgebildetes Verbindungsstück miteinander verbunden sind und welche aus einer meanderförmig geformten, in wärmeleitenden Kontakt mit den Ebenen 41 stehenden Rohrleitung aus gut wärmeleitenden Material wie beispielsweise Kupfer, Aluminium oder dergleichen geformt ist. Zwischen den Ebenen 41 ist durch deren parallelem Abstand zueinander ein Zwischenraum 45 erzeugt, innerhalb welchen entlang der Ebenen 41 Kühlluft zur Erzielung eines günstigeren Wärmeübergangs zwangsweise in Pfeilrichtung (siehe Fig. 8) gefördert ist. Innerhalb des Zwischenraumes 45 sind Wellenprofilabschnitte 46 und 47 vorgesehen, von denen beide Wellenprofilabschnitte 46 und 47 an der Kältemittelkanalanordnung 43 der höher liegenden Ebene 41 und an der Kältemittelkanalanordnung 43 der tieferliegenden Ebene 41 in wärmeleitenden Kontakt anliegen. Die Wellenprofilabschnitte 46 und 47 sind zur Steigerung der Turbulenz der zwangsweise in den Zwischenraum 45 geförderten Kühlluft derart versetzt zueinander angeordnet, daß die Wellentäler und Wellentäler der in Pfeilrichtung geförderten Kühlluft angeordneten streifenartigen Wellenprofilabschnitte gegenphasig zueinander verlaufen (siehe hierzu Fig. 7).

In Fig. 9 und Fig. 10 ist eine weitere Ausführungsform eines Verdampfers 50 dargestellt, welcher aus zwei in parallelen Abstand übereinander angeordneten Ebenen 51 aus gut wärmeleitenden Material wie beispielsweise Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gebildet ist. Die Ebenen 51 sind ihren aneinander zugewandten Innenseiten 52 je mit einer Kältemittelkanalanordnung 53 in Form einer meanderartig geformten Rohrleitung aus gut wärmeleitendem Material wie beispielsweise Kupfer versehen, wobei die Kältemittelkanalanordnungen 53 durch ein Rohrleitungsverbindungsstück 54 zu einer durchgehend verlaufenden Kältemittelführung für den Verdampfer 50 verbunden sind. Dieser ist an seinen beiden Ebenen 51 mit zungenartig ausgeführten, aus der Fläche der Ebenen 51 herausgestellt angeordneten Lappen 55 versehen, welche zwischen den meanderartig angelegten Rohrabschnitten der Kältemittelkanalanordnung vorgesehen und ähnlich einer Matrix angeordnet sind, deren Spalten im wesentlichen senkrecht zu den Rohrleitungsabschnitten der Kältemittelkanalanordnungen 53 verlaufen. Von den Spalten der Matrix sind die unmittelbar benachbarten höhenversetzt zueinander angeordnet, wobei die Lappen 55 innerhalb der um den Höhenversatz zurückgesetzten Spalten mit ihren freien Ende in einen durch den Abstand der Ebenen 51 gebildeten Zwischenraum 56 ragen, während die in den verbleibenden Spalten der Matrix vorgesehen Lappen 55 mit ihren freien Ende vom Zwischenraum 56 weggerichtet sind. In den Zwischenraum 56 wird zur Erzielung eines günstigeren Wärmeübergangs anhand eines Ventilators zwangsweise Kühlluft gefördert, welche in Folge der in unterschiedlicher Richtung herausgestellten Lappen 55 zusätzlich verwirbelt wird, so daß sich die Turbulenz der zwangsweise in den Zwischenraum geförderten Kühlluft erhöht und auf diese Weise die Wärmeübertragung zusätzlich verbessert ist.

Das sich aufgrund des Reifansatzes an den Verdampfern während der Abtauzeit ergebende Schmelzwasser soll anhand eines Drainagesystems, welches in die Ebenen eingebracht sein soll abgeführt werden, wodurch die Gefahr, daß das Abtauwasser erneut an den Ebenen der Verdampfer festfriert deutlich minimiert ist. Ein mit einem Drainagesystem in seinen Ebenen versehener Verdampfer läßt sich, ohne die Abtaufunktion zu beeinträchtigen, auch in horizontaler Einbaulage verwenden. Für den Fall, daß an den Ebenen auf ein Drainagesystem verzichtet werden soll, ist es vorteilhaft, die Verdampfer mit ihren Ebenen in einer vertikalen Einbaulage zu verwenden, um stets sicherzustellen, daß das während der Abtauphase anfallende Schmelzwasser rasch von den Ebenen ablaufen kann und somit nicht die Gefahr besteht, daß dieses erneut an den Ebenen der Verdampfer festfriert.

Claims

Verdampfer zur Anordnung außerhalb des zu kühlenden Kälteraumes und zur zwangsweisen Belüftung anhand eines die abgekühlte Kühlluft zwangsweise in den Kühlraum fördernden Ventilators, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdampfer durch wenigstens zwei annähernd parallel übereinander angeordnete, wärmeleitende Ebenen gebildet ist, über welche sich zumindest ein die beiden Ebenen kältetechnisch miteinander verbindender, in wärmeleitenden Kontakt mit den Ebenen stehender Kältemittelkanal erstreckt.
Verdampfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ebenen durch Abwinklung einer Platine gebildet sind, welche im abgewinkelten Zustand einen zumindest annähernd U-förmigen Querschnitt aufweist, und welche zumindest an einer ihrer großflächigen Platinenflächen mit einem Kältemittelkanal versehen ist.
Verdampfer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kältemittelkanal an der Platine im Roll-Bond-Verfahren erzeugt ist.
Verdampfer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kältemittelkanal als in Windungen geformte Rohrleitung ausgeführt ist, welche an den Ebenen in wärmeleitendem Kontakt festgesetzt ist.
Verdampfer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kältemittelkanal an den einander zugewandten Außenflächen der Ebenen vorgesehen ist.
Verdampfer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den parallel übereinander angeordneten Ebenen ein in wärmeleitenden Kontakt mit ihrem stehenden Wellenprofil angeordnet ist.
Verdampfer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß dem Wellenprofil zwischen den beiden Ebenen ein weiteres Wellenprofil gegenphasig überlagert ist.
Verdampfer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Ebenen zumindest weitestgehend geschlossenflächig ausgebildet sind.
Verdampfer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Ebenen aus ihrer Fläche herausgestellt angeordnete Flächenelemente aufweisen.
Verdampfer nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Flächenelemente wechselweise aus den Ebenen herausgestellt angeordnet sind und sowohl in den Zwischenraum zwischen die beiden Ebenen als auch davon abgewandt nach außen gerichtet sind.