EP2126484A1 - Wärmetauscheraggregat - Google Patents

Wärmetauscheraggregat

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EP2126484A1
EP2126484A1 EP07847281A EP07847281A EP2126484A1 EP 2126484 A1 EP2126484 A1 EP 2126484A1 EP 07847281 A EP07847281 A EP 07847281A EP 07847281 A EP07847281 A EP 07847281A EP 2126484 A1 EP2126484 A1 EP 2126484A1
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EP
European Patent Office
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heat exchanger
evaporator
exchanger unit
condenser
unit according
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Withdrawn
Application number
EP07847281A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Matthias Mrzyglod
Walter Woldenberg
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BSH Hausgeraete GmbH
Original Assignee
BSH Bosch und Siemens Hausgeraete GmbH
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Publication date
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    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B39/00—Evaporators; Condensers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25D—REFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F25D23/00—General constructional features
    • F25D23/06—Walls
    • F25D23/061—Walls with conduit means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F25B2339/04—Details of condensers
    • F25B2339/045—Condensers made by assembling a tube on a plate-like element or between plate-like elements

Definitions

  • the present invention relates to a heat exchanger unit having a pipe extending on a heat-conducting substrate.
  • Heat exchangers having such a construction are widely used in refrigerator building as an evaporator for cooling an interior of a refrigerating appliance by refrigerant evaporating in the piping at a low pressure.
  • a second type of heat exchanger used in a refrigerator is the condenser in which the refrigerant condenses at high pressure with the release of heat to the environment.
  • the aim of the present invention is to provide a heat exchanger unit for a refrigeration device, which allows the construction of a refrigerant circuit with reduced effort.
  • the object is achieved in that, in the case of a heat exchanger unit with a pipeline extending on a heat-conducting substrate, the pipeline is divided by a throttle point into an evaporator and a condenser.
  • the substrate comprises two plate-shaped sections connected by a curved intermediate piece, wherein the evaporator is arranged on a first and the condenser on a second of the sections.
  • the individual sections can be made large-scale, and if necessary, each one of them can have the dimensions of a housing wall of the refrigerator.
  • the plate-shaped sections meet at the intermediate piece at right angles to each other. This makes it possible to place the sections on respectively different walls of the refrigerator housing, in particular a rear wall and a side wall.
  • the plate expediently extends through an insulating layer of the refrigerator housing, so that the evaporator on the inside and the condenser come to rest on the outside of the insulating layer.
  • the intermediate piece is expediently locally broken in order to limit a heat exchange between the condenser and the evaporator.
  • the throttle point then expediently extends over the intermediate piece.
  • the pipeline may be locally depressed.
  • a uniform, contiguous pipeline for the evaporator and the condenser can be used.
  • a downstream pipe section of the condenser and / or a pipe section in which the throttling point is formed preferably runs adjacent to a downstream pipe section of the evaporator.
  • refrigerant circulating in the downstream pipe section of the evaporator may pre-cool refrigerant circulating in the downstream pipe section of the condenser or the pipe section of the orifice before it enters the evaporator.
  • the invention further relates to a refrigeration device with a housing and a heat exchanger unit of the type defined above.
  • the evaporator and the condenser may be disposed on adjacent walls of the housing or on a same wall.
  • Figure 1 is a schematic perspective view of a refrigerator with a heat exchanger unit according to the invention.
  • FIG. 2 shows an enlarged section through a housing corner of the refrigeration device.
  • Fig. 4 is a plan view of a second embodiment of a heat exchanger unit according to the invention.
  • Fig. 1 shows a semi-transparent representation of a refrigerator of known per se shape with a body 1, a door 2 and a recessed in a lower rear portion of the body 1 niche 3, in which a compressor is housed.
  • a heat exchanger unit comprises a condenser 4, which is exposed at the back of the body 1 and largely fills this back above the niche 3, and an evaporator 5, which extends along a side wall of the body 1 in the immediate vicinity of its interior.
  • the heat exchanger unit has a one-piece substrate sheet 15 in the form of a along a vertical edge 6 angled plate, for. B. aluminum. Over this substrate sheet, a pipe 7 extends integrally from an inlet 8 of the condenser to an outlet 9 of the evaporator 5.
  • FIG. 2 shows a horizontal section through the throttle 10 and its surroundings in two mutually parallel planes I, II. A boundary between the two planes is indicated by a dot-dash line in FIG. Right above the line, the sectional plane I runs through the pipe 7; To the left underneath, the cutting plane II extends above the pipe 7.
  • the throttle 10 is formed by first attaching the pipe to the initially flat substrate sheet by gluing or soldering and then bending the substrate sheet together with the pipe 7 fixed thereon, around the vertical edge 6 to form. This deformation inevitably leads to a flattening of the tube 7 at the edge 6 and to a narrowing of its cross section.
  • the substrate sheet continuously between condenser 4 and evaporator 5 extends to force the constriction of the pipe 7 during bending, outside this plane cutouts 1 1 are formed in the substrate sheet, it along the weaken vertical edge 6 and thus favor the formation of a sharp bend.
  • the cut plane II extends through such a cutout 1 1.
  • the cutouts 1 1 are also effective to limit heat flow across the substrate sheet between the condenser 4 and evaporator 5 and between the environment and the interior of the refrigerator.
  • an edge strip 13 of the evaporator 5 adjoining the vertical edge 6 extends through this insulating material layer 12, so that the main part of the evaporator 5 is in direct contact with the inside of the insulating material layer an inner container wall 14, runs.
  • a throttle may be formed in a planar portion of the pipe 7 by local flattening of the pipe.
  • Fig. 3 shows a section through such a throttle point 10, which is obtained by flattening the pipe 7 by means of a punch or here a narrow, parallel to the pipe 7 extending blade.
  • the pressure drop at such a throttle 10 can be precisely controlled by varying its length; In particular, it is easily possible, such a throttle point 10 on a finished heat exchanger unit subsequently extend if the pressure drop reached by it proves to be insufficient.
  • Such a choke point 10 obtained by flattening can be formed, in particular, on the section of the pipeline 7 crossing the edge strip 13 in FIG. 2.
  • a modified embodiment of a heat exchanger unit according to the present invention is shown in plan view in Fig. 4 in a planar state, prior to installation in a refrigerator.
  • the substrate sheet 15 of this heat exchanger unit is divided by two groups of cutouts 1 1 in the condenser 4, evaporator 5 and an intermediate portion in the form of a narrow, extending between the condenser 4 and evaporator 5 strip 16.
  • the pipe 7 extends from the inlet 8 in the lower left corner of the substrate sheet 15 first in meanders from top to bottom over the entire condenser 4, then passes to the strip 16, runs over its entire length upwards, and then in meanders from above down over the evaporator 5.
  • a vertical edge 6 By perpendicular bending of the substrate sheet 15 along a group of cutouts 11, a vertical edge 6 can be formed, which allows installation of the heat exchanger unit as shown in Fig. 1. Turning the substrate sheet along both groups of cutouts 11 results in mutually parallel condenser and evaporator, the z. B. both can be placed on the rear wall of the refrigerator, in which case the gap between the condenser 4 and evaporator 5 is foamed with the insulating material 12.

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Abstract

Ein Wärmetauscheraggregat für ein Kältegerät weist eine auf sich einem wärmeleitenden Substrat (15) erstreckende Rohrleitung (7) auf, durch eine Drosselstelle (10) in einen Verdampfer (5) und einen Verflüssiger (4) unterteilt ist.

Description

Wärmetauscheraggregat
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Wärmetauscheraggregat mit einer sich auf einem wärmeleitenden Substrat erstreckenden Rohrleitung. Wärmetauscher mit einem solchen Aufbau sind im Kältegerätebau als Verdampfer, zum Kühlen eines Innenraums eines Kältegeräts durch in der Rohrleitung bei niedrigem Druck verdampfendes Kältemittel, weit verbreitet.
Ein zweiter Typ von in einem Kältegerät eingesetzten Wärmetauscher ist der Verflüssiger, in dem das Kältemittel bei hohem Druck unter Abgabe von Wärme an die Umgebung kondensiert.
Diese beiden Wärmetauscher müssen beim Zusammenbau eines Kältegeräts mit einem Verdichter zu einem hermetisch dichten Kältemittelkreislauf zusammengefügt werden.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist, ein Wärmetauscheraggregat für ein Kältegerät zu schaffen, das den Aufbau eines Kältemittelkreislaufs mit verminderten Aufwand ermöglicht.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass bei einem Wärmetauscheraggregat mit einer sich auf einem wärmeleitenden Substrat erstreckenden Rohrleitung die Rohrleitung durch eine Drosselstelle in einen Verdampfer und einen Verflüssiger unterteilt ist.
Es genügt somit gemäß der vorliegenden Erfindung, eine einzige, einstückig ausgebildete Rohrleitung auf einem Substrat anzubringen oder auszubilden, um auf diese Weise gleich beide Wärmetauscher eines Kältegeräts zu erhalten. Herkömmlicherweise erforderliche Montageschritte des Verbindens der Wärmetauscher untereinander entfallen. Die monolithische Realisierung der beiden Wärmetauscheraggregate vereinfacht darüber hinaus den Einbau der Wärmetauscher in einem Gehäuse, da an Stelle zweier getrennter Wärmetauscher und einer diese verbindenden Leitung nur noch ein einziges Aggregat positioniert und befestigt werden muss. Vorzugsweise umfasst das Substrat zwei durch ein gekrümmtes Zwischenstück verbundene plattenförmige Abschnitte, wobei der Verdampfer auf einem ersten und der Verflüssiger auf einem zweiten der Abschnitte angeordnet ist. So können die einzelnen Abschnitte großformatig gemacht werden, und, wenn nötig, kann jeder einzelne von Ihnen die Abmessungen einer Gehäusewand des Kältegeräts haben.
Einer bevorzugten Ausgestaltung zufolge treffen die plattenförmigen Abschnitte an dem Zwischenstück rechtwinklig aufeinander. Dadurch ist es möglich, die Abschnitte an jeweils verschiedenen Wänden des Kältegerätegehäuses, insbesondere einer Rückwand und einer Seitenwand, zu platzieren. In der Umgebung des Zwischenstücks erstreckt sich die Platte zweckmäßigerweise durch eine Isolationsschicht des Kältegerätegehäuses, so dass der Verdampfer auf der Innenseite und der Verflüssiger auf der Außenseite der Isolationsschicht zu liegen kommen.
Das Zwischenstück ist zweckmäßigerweise lokal durchbrochen, um einen Wärmeaustausch zwischen Verflüssiger und Verdampfer zu begrenzen.
Die Drosselstelle erstreckt sich dann zweckmäßigerweise über das Zwischenstück.
Um die Drosselstelle zu bilden, kann die Rohrleitung lokal eingedrückt sein. So kann insbesondere eine einheitliche, zusammenhängende Rohrleitung für den Verdampfer und den Verflüssiger verwendet werden.
Ein stromabwärtiger Rohrabschnitt des Verflüssigers und/oder ein Rohrabschnitt, in dem die Drosselstelle gebildet ist, verläuft vorzugsweise benachbart zu einem stromabwärtigen Rohrabschnitt des Verdampfers. Auf diese Weise kann in dem stromabwärtigen Rohrabschnitt des Verdampfers zirkulierendes Kältemittel in dem stromabwärtigen Rohrabschnitt des Verflüssigers oder dem Rohrabschnitt der Drosselstelle zirkulierendes Kältemittel vor dessen Eintritt in den Verdampfer vorkühlen.
Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Kältegerät mit einem Gehäuse und einem Wärmtauscheraggregat der oben definierten Art. In einem solchen Kältegerät können der Verdampfer und der Verflüssiger an benachbarten Wänden des Gehäuses oder auch an einer gleichen Wand angeordnet sein. Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische perspektivische Ansicht eines Kältegeräts mit einem erfindungsgemäßen Wärmetauscheraggregat;
Fig. 2 einen vergrößerten Schnitt durch eine Gehäuseecke des Kältegeräts;
Fig. 3 einen Schnitt durch die Drosselstelle eines erfindungsgemäßen Wärmetauscheraggregats; und
Fig. 4 eine Draufsicht auf eine zweite Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Wärmetauscheraggregats.
Fig. 1 zeigt in halb transparenter Darstellung ein Kältegerät von an sich bekannter Gestalt mit einem Korpus 1 , einer Tür 2 und einer in einem unteren hinteren Bereich des Korpus 1 ausgesparten Nische 3, in der ein Verdichter untergebracht ist. Ein Wärmetauscheraggregat umfasst einen Verflüssiger 4, der an der Rückseite des Korpus 1 freiliegt und diese Rückseite oberhalb der Nische 3 großenteils ausfüllt, sowie einen Verdampfer 5, der sich entlang einer Seitenwand des Korpus 1 in unmittelbarer Nachbarschaft zu dessen Innenraum erstreckt. Das Wärmetauscheraggregat hat ein einteiliges Substratblech 15 in Form einer entlang einer vertikalen Kante 6 abgewinkelten Platte, z. B. aus Aluminium. Über dieses Substratblech erstreckt sich eine Rohrleitung 7 einstückig von einem Einlass 8 des Verflüssigers zu einem Auslass 9 des Verdampfers 5. Die Rohrleitung 7 kreuzt die vertikale Kante 6 in der Nähe von deren oberem Ende. Durch den an der Kante 6 abgeknickten Verlauf bildet die Rohrleitung 7 an dieser Stelle eine Drossel 10, an der der Druck des zirkulierenden Kältemittels abrupt abfällt. Indem das Kältemittel in dem stromaufwärts von der Drossel 10 liegenden Teil der Rohrleitung 7 unter hohem Druck steht, wirkt dieser Teil als Verflüssiger, während der stromabwärts liegende, unter niedrigem Druck stehende Teil als Verdampfer wirkt. Fig. 2 zeigt einen horizontalen Schnitt durch die Drossel 10 und deren Umgebung in zwei zueinander parallelen Ebenen I, II. Eine Grenze zwischen den zwei Ebenen ist durch eine strichpunktierte Linie in Fig. 2 angedeutet. Rechts oberhalb der Linie verläuft die Schnittebene I durch die Rohrleitung 7; links darunter verläuft die Schnittebene Il oberhalb der Rohrleitung 7. Die Drossel 10 entsteht, indem zuerst die Rohrleitung auf dem zunächst noch ebenen Substratblech durch Kleben oder Löten befestigt wird und anschließend das Substratblech zusammen mit der darauf befestigten Rohrleitung 7 gebogen wird, um die vertikale Kante 6 zu bilden. Diese Verformung führt zwangsläufig zu einer Abflachung des Rohrs 7 an der Kante 6 und zu einer Verengung von dessen Querschnitt.
Während in der in Höhe der Rohrleitung 7 verlaufenden Schnittebene I das Substratblech sich kontinuierlich zwischen Verflüssiger 4 und Verdampfer 5 erstreckt, um die Verengung der Rohrleitung 7 beim Biegen zu erzwingen, sind außerhalb dieser Ebene Ausschnitte 1 1 in dem Substratblech gebildet, die es entlang der vertikalen Kante 6 schwächen und so die Ausbildung eines scharfen Knicks begünstigen. Die Schnittebene Il verläuft durch einen solchen Ausschnitt 1 1. Die Ausschnitte 1 1 sind darüber hinaus wirksam, um Wärmefluss über das Substratblech zwischen Verflüssiger 4 und Verdampfer 5 bzw. zwischen der Umgebung und dem Innenraum des Kältegeräts zu begrenzen.
Während der Verflüssiger 4 an der Außenseite einer Isolationsmaterialschicht 12 der Rückwand liegt, erstreckt sich ein an die vertikale Kante 6 angrenzender Randstreifen 13 des Verdampfers 5 durch diese Isolationsmaterialschicht 12, so dass der Hauptteil des Verdampfers 5 auf der Innenseite der Isolationsmaterialschicht, in unmittelbarem Kontakt mit einer Innenbehälterwand 14, verläuft.
Anstatt durch ein Abknicken der Rohrleitung 7 an einer Grenze zwischen Verflüssiger und Verdampfer, wie in Fig. 2 gezeigt, kann eine Drossel auch in einem planaren Abschnitt der Rohrleitung 7 durch lokales Flachdrücken der Rohrleitung gebildet sein. Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch eine solche Drosselstelle 10, die durch Flachdrücken der Rohrleitung 7 mit Hilfe eines Stempels oder hier einer schmalen, parallel zur Rohrleitung 7 verlaufenden Klinge erhalten ist. Der Druckabfall an einer solchen Drosselstelle 10 kann durch Variieren von deren Länge exakt gesteuert werden; insbesondere ist es leicht möglich, eine solche Drosselstelle 10 an einem fertigen Wärmetauscheraggregat nachträglich zu verlängern, wenn sich der an ihr erreichte Druckabfall als unzureichend erweist. Eine solche durch Flachdrücken erhaltene Drosselstelle 10 kann insbesondere an dem den Randstreifen 13 in Fig. 2 kreuzenden Abschnitt der Rohrleitung 7 gebildet sein.
Eine abgewandelte Ausgestaltung eines Wärmetauscheraggregats gemäß der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 4 in Draufsicht in einem planaren Zustand, vor dem Einbau in ein Kältegerät, gezeigt. Das Substratblech 15 dieses Wärmtauscheraggregats ist durch zwei Gruppen von Ausschnitten 1 1 in Verflüssiger 4, Verdampfer 5 und einen Zwischenabschnitt in Form eines schmalen, sich zwischen Verflüssiger 4 und Verdampfer 5 erstreckenden Streifens 16 gegliedert. Die Rohrleitung 7 verläuft vom Einlass 8 in der linken unteren Ecke des Substratblechs 15 zunächst in Mäandern von oben nach unten über den gesamten Verflüssiger 4, geht dann auf den Streifen 16 über, verläuft über dessen gesamte Länge nach oben, und anschließend in Mäandern von oben nach unten über den Verdampfer 5. Anschließend verläuft die Rohrleitung 7 wieder aufwärts, um in der Nähe des oberen Endes des Streifens 16 wieder zurück auf diesen zu wechseln und auf dem Streifen 16 abwärts zum Auslass 9 zu verlaufen. Es verlaufen somit auf dem Streifen 16, durch die Ausschnitte 1 1 sowohl vom Verflüssiger 4 als auch vom Verdampfer 5 isoliert, zwei parallele Rohrleitungsabschnitte 17, 18. Kältemittel, das im Abschnitt 17 der am Eingang des Verdampfers 5 gebildeten Drossel 10 zustrebt, wird so im Gegenstrom von über den Abschnitt 18 aus dem Verdampfer herausströmenden Kältemittel vorgekühlt. So wird einerseits eine niedrige Temperatur am stromabwärtigen Ende der Drossel 10 erzielt und andererseits ist dafür gesorgt, dass am Auslass 9 aus dem Wärmetauscheraggregat austretendes Kältemittel warm genug ist, so dass keine Taubildung an einer sich vom Auslass 9 zum Verdichter erstreckenden Rohrleitung zu befürchten ist.
Durch rechtwinkliges Abbiegen des Substratblechs 15 entlang einer Gruppe von Ausschnitten 11 kann eine vertikale Kante 6 gebildet werden, die einen Einbau des Wärmetauscheraggregats wie in Fig. 1 gezeigt ermöglicht. Abbiegen des Substratblechs entlang beider Gruppen von Ausschnitten 11 ergibt zueinander parallele Verflüssiger und Verdampfer, die z. B. beide an der Rückwand des Kältegeräts platziert werden können, wobei dann der Zwischenraum zwischen Verflüssiger 4 und Verdampfer 5 mit dem Isolationsmaterial 12 ausgeschäumt wird.

Claims

Patentansprüche
1. Wärmetauscheraggregat für ein Kältegerät mit einer sich auf einem wärmeleitenden Substrat (15) erstreckenden Rohrleitung (7), dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrleitung (7) durchgehend verlaufend ausgebildet und durch eine Drosselstelle (10) in einen Verdampfer (5) und einen Verflüssiger (4) unterteilt ist.
2. Wärmetauscheraggregat nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (15) zwei durch ein gekrümmtes Zwischenstück (6) verbundene plattenförmige Abschnitte umfasst und dass der Verdampfer (5) auf einem ersten und der Verflüssiger (4) auf einem zweiten der Abschnitte angeordnet ist.
3. Wärmetauscheraggregat nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die plattenförmigen Abschnitte an dem Zwischenstück (6) rechtwinklig aufeinander treffen.
4. Wärmetauscheraggregat nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischenstück (6) lokal durchbrochen (11 ) ist.
5. Wärmetauscheraggregat nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselstelle (10) sich über das Zwischenstück (6) erstreckt.
6. Wärmetauscheraggregat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrleitung (7) einstückig ausgebildet und lokal eingedrückt ist, um die Drosselstelle (10) zu bilden.
7. Wärmetauscheraggregat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein stromabwärtiger Rohrabschnitt (17) des Verflüssigers (4) und/oder ein Rohrabschnitt, in dem die Drosselstelle (10) gebildet ist, benachbart zu einem stromabwärtigen Rohrabschnitt (18) des Verdampfers (5) verläuft.
8. Kältegerät mit einem Gehäuse und einem Wärmetauscheraggregat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdampfer (5) und der Verflüssiger (4) an benachbarten Wänden des Gehäuses angeordnet sind.
9. Kältegerät mit einem Gehäuse und einem Wärmetauscheraggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdampfer (5) und der Verflüssiger (4) an einer gleichen Wand des Gehäuses angeordnet sind.
EP07847281A 2006-12-22 2007-11-22 Wärmetauscheraggregat Withdrawn EP2126484A1 (de)

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