EP1502060B1 - Wärmetauscher für ein kältegerät und verfahren zur herstellung eines wärmetauschers - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a heat exchanger, such as an evaporator, a condenser or the like, for a refrigerator with a circuit board, arranged in thermally conductive contact with the board pipeline for a refrigerant and adhering to the board and to the pipe holding material layer and a method for Production of such a heat exchanger.
- a heat exchanger such as an evaporator, a condenser or the like
- a heat exchanger of this type and a method for its preparation are made of DE 199 38 773 A1 known.
- a meandering bent pipe is kept pressed against a board, and the spaces between the meanders of the pipeline are filled with a holding means.
- This holding means may be an expanded polyurethane foam or castable thermosetting plastics.
- Such holding means are costly and the crosslinking that takes place during their curing or foaming makes their recovery and re-use difficult if such an evaporator is to be recycled.
- JP 57-210295 A For example, a method of manufacturing a heat exchanger is known in which an aluminum foil, pipes and a plastic film are stacked on each other, in which the plastic film is softened by heating and bonded under pressure to the aluminum foil so that the pipes are fixed to the aluminum foil by the plastic are.
- the object of the present invention is to provide a low-cost, recycling-friendly heat exchanger for a refrigerator and a method for its production.
- bitumen composition as a holding material layer has the advantage that such materials are available inexpensively; on the other hand, they are recycling-friendly, because after disassembling such a heat exchanger into its constituents, the bitumen material obtained without significant processing and without loss of quality for the production of a new heat exchanger or other purposes.
- the use of the bitumen composition after cooling ensures very intimate contact of the tubing with the support plate, thereby improving the thermal efficiency of the heat exchanger.
- the mass of the bitumen composition also has a heat or cold storage effect, which serves in the case of an evaporator to reduce the energy consumption of a refrigerator.
- bitumen composition between the carrier board and the pipe is mechanically very durable and thus the heat exchanger in handling the production process of a large-scale production very stable.
- the pipe may have a flattened cross section with the board facing disseminated side to ensure a flat contact between the board and pipe. Due to the surface contact a thermally conductive contact between the pipe and circuit board is always ensured even in unfavorable production conditions.
- an adhesive layer is provided which at least locally connects the holding material layer to the board.
- This adhesive layer is preferably made of a heat activatable adhesive. This simplifies the manufacture of the heat exchanger since the adhesive layer can be previously exposed to a bitumen composition sheet used to form the holding material layer, and obtains its effectiveness by melting when the holding material layer is heated.
- the bitumen composition may contain, in addition to bitumen, between about 50 and 80% filler.
- the filler which may be a single material or a mixture of materials, may be selected, for example, from the viewpoint of cost minimization or improvement of thermal conductivity.
- a preferred filler is rock flour.
- the protective material layer may be provided for protection on its side facing away from the board with a paint layer.
- the holding material layer suitably has an average thickness in the range between 0.5 to 2 mm, preferably between 1.0 and 1.5 mm.
- a heat exchanger of the type described above is easily possible by forming a stack comprising a board, a piping for a refrigerant and a bitumen composition plate, and then heating the film and pressing the stack.
- the in Fig. 1 Evaporator shown in perspective view is constructed from a flat plate 1 made of aluminum sheet, on which a refrigerant pipe 2 is arranged meandering from a likewise made of aluminum tube.
- the circuit board 1 and the refrigerant line 2 are covered by a holding material layer 3 of a bitumen composition. This consists of about 25% polymer-modified bitumen, 3% of a plastic and about 72% rock flour.
- the refrigerant pipe 2 has no exactly round, but a flattened cross-section, causing the refrigerant pipe 2 and the board 1 at least approximately flat contact.
- a thermally conductive contact between the refrigerant line 2 and the circuit board 1 is achieved in a simple manufacturing technology.
- the holding material layer 3 extends into gusset 4 which lie on both sides of the line of contact between the refrigerant line 2 and the circuit board 1.
- the massive holding material layer 3 provides a better heat transfer between the board 1 and the refrigerant line 2, as would be possible with conventional use of a polyurethane foam as a holding material.
- the flattened shape of the refrigerant line 2 results in a smaller thickness of the holding material layer 3 in the gussets 4, as would be the case with a round line 2. This is also favorable for an efficient heat exchange between circuit board 1 and refrigerant line 2.
- a layer 5 of a hot melt adhesive Between the holding material layer 3 and the circuit board 1 is a layer 5 of a hot melt adhesive, which is only recognizable as a line because of their compared to the board 1 and the holding material layer 3 substantially smaller thickness in the figure.
- a stack is formed whose layers each consist of the board 1, the refrigerant line 2 and a 1.2 mm thick plate 6 of the bitumen composition. Since the adhesive of the layer 5 is not liable in the cold state of the plate, the plate 6 can be conveniently prefabricated and handled together with the layer 5 on the underside of the plate 6 facing the circuit board 1 and the refrigerant line 2. Measures to protect the adhesiveness for the time between manufacture and use of the plate 6 are not necessary.
- a punch 7 is pressed against the top of the plate 6.
- the plate 6 is cold and thus stiff; the pressing force of the punch 7 causes the refrigerant line 2 is pressed against the board 1 over its entire length.
- the punch 7 is provided on its plate 6 facing bottom with channels 9, the course of which corresponds to the refrigerant line 2.
- the stamp 7 also be made of elastomeric plastic, such as silicone with a hardness of eg 20 Shore A and a material thickness of 20 mm.
- elastomeric plastic such as silicone with a hardness of eg 20 Shore A and a material thickness of 20 mm.
- the bitumen of the plate 6 is made flowable, and the plate 6 is pressed against the board 1 in the spaces 8 between adjacent portions of the refrigerant line 2.
- the toughness of the bitumen composition is adjusted so that on the one hand it becomes fluid enough to penetrate into the gussets 4 between the board 1 and the refrigerant line 2, but on the other hand is still tough enough to possibly localize parts of the refrigerant pipe 2 from the board to prevent.
- the channels 9 of the punch 7 may also be provided locally with projections (not shown) which are pressed therethrough when the plate 6 is heated and with the refrigerant line 2 in FIG come into direct contact to keep them pressed against the board 1.
- the melting point of the hot melt of the adhesive layer 5 is selected so that it melts during the heating and shaping of the plate 6 and then, after cooling, the re-solidified holding material layer 3 firmly connects to the circuit board 1 and the refrigerant line 2.
- the adhesive layer 5 may extend over the entire underside of the plate 6 or only over parts thereof.
- a lacquer layer in particular shellac, can be applied.
- the recovery of the bitumen composition in the recycling of the evaporator is possible in a simple manner by blasting the brittle in the state of cold holding material layer 3 is broken into pieces by deformation of the evaporator or by strong cooling of the evaporator, for example with the aid of dry ice, the connection between Holding material layer 3 and refrigerant line 2 and board 1 is brought to break.
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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
US 3,912,005 ist bekannt an einem Kühlgutbehälter Verdampferrohre durch einen Bitumenüberzug zu fixieren und dabei gleichzeitig die Verdampferrohre und den Kühlgutbehälter vor Korrosion zu schützen. - Aus
JP 57-210295 A - 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 8.
- 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 Bitumenzusammensetzung 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, ist erfindungsgemäß eine Klebstoffschicht vorgesehen, 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:
- Fig. 1
- eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Verdampfers;
- Fig. 2
- einen Teilschnitt durch den Verdampfer aus
Fig. 1 ; und - Fig. 3
- Schritte eines Verfahrens zur Herstellung des Verdampfers.
- Der in
Fig. 1 in perspektivischer Ansicht gezeigte Verdampfer ist aufgebaut aus einer ebenen Platine 1 aus Aluminiumblech, auf der eine Kältemittelleitung 2 aus einem ebenfalls aus Aluminium bestehenden Rohr mäanderförmig angeordnet ist. Die Platine 1 und die Kältemittelleitung 2 sind überdeckt von einer Haltematerialschicht 3 aus einer Bitumenzusammensetzung. Diese besteht aus ca. 25 % polymermodifiziertem Bitumen, 3 % eines Kunststoffs und ca. 72 % Gesteinsmehl. - Wie
Fig. 2 zeigt, hat die Kältemittelleitung 2 keinen exakt runden, sondern einen abgeflachten Querschnitt, wodurch sich die Kältemittelleitung 2 und die Platine 1 zumindest annähernd flächig berühren. Hierdurch wird auf fertigungstechnisch einfache Weise ein wärmeleitender Kontakt zwischen der Kältemittelleitung 2 und der Platine 1 erreicht. Die Haltematerialschicht 3 erstreckt sich in Zwickel 4 hinein, die beiderseits der Kontaktlinie zwischen der Kältemittelleitung 2 und der Platine 1 liegen. Die massive Haltematerialschicht 3 sorgt für einen besseren Wärmeübergang zwischen der Platine 1 und der Kältemittelleitung 2, als dies bei herkömmlicher Verwendung eines Polyurethanschaums als Haltematerial möglich wäre. Durch die abgeflachte Form der Kältemittelleitung 2 ergibt sich eine geringere Dicke der Haltematerialschicht 3 in den Zwickeln 4, als dies bei einer runden Leitung 2 der Fall wäre. Dies ist ebenfalls für einen effizienten Wärmeaustausch zwischen Platine 1 und Kältemittelleitung 2 günstig. Zwischen der Haltematerialschicht 3 und der Platine 1 befindet sich eine Schicht 5 aus einem Heißkleber, die wegen ihrer im Vergleich zur Platine 1 und der Haltematerialschicht 3 wesentlich geringeren Dicke in der Fig. lediglich als Linie erkennbar ist. - Einzelne Schritte der Herstellung des erfindungsgemäßen Verdampfers sind in
Fig. 3 dargestellt. - In einem in
Fig. 3A gezeigten ersten Verfahrensschritt wird ein Stapel gebildet, dessen Schichten jeweils durch die Platine 1, die Kältemittelleitung 2 sowie eine 1,2 mm starke Platte 6 aus der Bitumenzusammensetzung bestehen. An der der Platine 1 und der Kältemittelleitung 2 zugewandten Unterseite der Platte 6 befindet sich die Klebstoffschicht 5. Da der Klebstoff der Schicht 5 im kalten Zustand der Platte nicht haftet, kann die Platte 6 mitsamt der Schicht 5 bequem vorgefertigt und gehandhabt werden; Maßnahmen zum Schutze des Klebevermögens für die Zeit zwischen Herstellung und Verwendung der Platte 6 sind nicht notwendig. - In der in
Fig. 3A gezeigten Phase der Herstellung des Verdampfers muss die Kältemittelleitung 2 noch nicht auf ihrer gesamten Länge auf der Platine 1 aufliegen; eine geringfügige Welligkeit der Kältemittelleitung 2 senkrecht zur Oberfläche der Platine 1, wie inFig. 3A gezeigt, ist zulässig. - In einem in
Fig. 3B gezeigten zweiten Schritt der Herstellung des Verdampfers wird ein Stempel 7 gegen die Oberseite der Platte 6 gedrückt. In diesem Stadium ist die Platte 6 kalt und damit steif; die Andrückkraft des Stempels 7 bewirkt, dass die Kältemittelleitung 2 auf ihrer gesamten Länge gegen die Platine 1 gedrückt wird. - Der Stempel 7 ist an seiner Platte 6 zugewandten Unterseite mit Kanälen 9 versehen, deren Verlauf dem der Kältemittelleitung 2 entspricht. Alternativ dazu kann der Stempel 7 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 Platte 6 wird in den Zwischenräumen 8 zwischen benachbarten Abschnitten der Kältemittelleitung 2 gegen die Platine 1 gedrückt. Die Zähigkeit der Bitumenzusammensetzung ist so eingestellt, dass diese einerseits fließfähig genug wird, um in die Zwickel 4 zwischen der Platine 1 und der Kältemittelleitung 2 einzudringen, andererseits aber noch zäh genug ist, um ein eventuelles lokales Wiederabheben von Teilen der Kältemittelleitung 2 von der Platine zu verhindern.
- Um unabhängig von der Fließfähigkeit der Bitumenzusammensetzung ein lokales Wiederabheben der Kältemittelleitung 2 auszuschließen, können die Kanäle 9 des Stempels 7 auch lokal mit (nicht dargestellten) Vorsprüngen ausgestattet sein, die beim Erwärmen der Platte 6 durch diese hindurch gedrückt werden und mit der Kältemittelleitung 2 in unmittelbaren Kontakt kommen, um diese gegen die Platine 1 gedrückt zu halten.
- Der Schmelzpunkt des Heißklebers der Klebstoffschicht 5 ist so gewählt, dass er während des Erhitzens und Formens der Platte 6 schmilzt und so anschließend, nach Abkühlen, die wieder erstarrte Haltematerialschicht 3 fest mit der Platine 1 und der Kältemittelleitung 2 verbindet. Die Klebstoffschicht 5 kann sich über die gesamte Unterseite der Platte 6 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 zwischen Haltematerialschicht 3 und Kältemittelleitung 2 bzw. Platine 1 zum Aufbrechen gebracht wird.
Claims (9)
- 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) die aus einer Bitumenzusammensetzung besteht, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltematerialschicht (3) mit der Platine (1) über eine Klebstoffschicht (5) zumindest lokal verbunden ist.
- Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Klebstoffschicht (5) aus einem durch Hitze aktivierbaren Klebstoff besteht.
- Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrleitung (2) einen abgeflachten Querschnitt aufweist.
- Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bitumenzusammensetzung zwischen 50% und 80% Füllstoff enthält.
- Wärmetauscher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Füllstein Gesteinsmehl enthalten ist.
- Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltematerialschicht (3) an ihrer von der Platine (1) abgewandten Seite eine Lackschicht trägt.
- Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltematerialschicht (3) eine mittlere Stärke zwischen 0,5mm und 2,0mm, vorzugsweise zwischen 1,0mm und 1,5mm aufweist.
- 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 Bitumenzusammensetzung umfasst, wobei die Platte (6) auf ihrer der Platine (1) zugewandten Unterseite eine Klebstoffschicht (5) aufweist, die im kalten Zustand der Platte (6) nicht haftet,- Erhitzen der Platte (6) und Verpressen des Stapels.
- Verfahren nach Anspruch 8, 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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