EP2183531A1 - Wärmetauscher und kältegerät - Google Patents

Wärmetauscher und kältegerät

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EP2183531A1
EP2183531A1 EP08774945A EP08774945A EP2183531A1 EP 2183531 A1 EP2183531 A1 EP 2183531A1 EP 08774945 A EP08774945 A EP 08774945A EP 08774945 A EP08774945 A EP 08774945A EP 2183531 A1 EP2183531 A1 EP 2183531A1
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EP
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heat exchanger
pipe
tube
waves
exchanger according
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP08774945A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Jürgen Eberle
Reinhard Hirsch
Thomas Kranz
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BSH Hausgeraete GmbH
Original Assignee
BSH Bosch und Siemens Hausgeraete GmbH
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Filing date
Publication date
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    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/04—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being spirally coiled
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F28D7/082—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being otherwise bent, e.g. in a serpentine or zig-zag with serpentine or zig-zag configuration
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    • F28D7/10—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged one within the other, e.g. concentrically
    • F28D7/106—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged one within the other, e.g. concentrically consisting of two coaxial conduits or modules of two coaxial conduits
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    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
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    • F25B41/00—Fluid-circulation arrangements
    • F25B41/30—Expansion means; Dispositions thereof
    • F25B41/37—Capillary tubes

Definitions

  • the present invention relates to a heat exchanger and a refrigerator with a heat exchanger according to the invention.
  • a capillary line which conveys compressed, relatively warm refrigerant from a compressor to a throttle point at the inlet of the evaporator, inside a suction line of substantially larger cross-section is arranged, is sucked through the vaporized refrigerant from the evaporator and fed to a compressor.
  • the arrangement of the capillary in the interior of the suction line is to allow a pre-cooling of the compressed refrigerant before reaching the throttle point by the countercurrently outside of the capillary along flowing evaporated refrigerant, so that a heat exchanger is formed by suction and capillary.
  • a freely movable arrangement of the capillary inside the suction line involves the problem that the capillary oscillates back and forth due to vibrations of a motor of the compressor and thereby uncontrollably abuts against the inner walls of the suction line, whereby noises are caused by a user of the device be distracting.
  • the capillary touches the inner wall of the suction line over a large part of its length, so that an undesirable thermal bridge is created, which impairs the precooling of the refrigerant in the capillary.
  • a solution described in the utility model DE 20 2006 005 550 U1 uses an arrangement of spacers for fixing the capillary in the interior of the suction tube, whereby both the noise caused by the abutment are suppressed, and a capillary on the inner wall of the suction line is prevented ,
  • the object is achieved in that, in a heat exchanger having an outer pipe for a first heat transfer fluid and an inner pipe guided within the outer pipe for a second heat transfer fluid, the inner tube in waves with an amplitude which is at least the difference of the inner diameter of the outer tube and outer diameter of the inner tube.
  • the inner tube Supports vertexes of the waves against opposite sides of the inner wall of the outer tube, the inner tube is given a stable shape, so that the inner tube can not move due to vibrations of the compressor motor.
  • the wave amplitude is selected so that the waveform of the inner tube extends over the entire inner diameter of the outer tube. This can ensure that no areas arise at which the inner tube is free to move.
  • the cross section of the outer tube is narrowed by no further obstacles, so that the first heat transfer fluid can flow through unhindered.
  • the waves run in a plane.
  • the inner tube can be easily brought into the desired shape and yet can achieve a stable fixation in the outer tube.
  • the waves may also be out of phase in two planes, such that the inner tube has an elliptically coiled waveform.
  • each contact between the inner and outer tube is a thermal bridge whose number is kept low should be. It can be seen that a sufficient positional stability of the inner pipe remains achievable if the length of the corrugations is at least five times or even ten times the amplitude.
  • the assembly of the two tubes into each other when the inner tube is rectilinear in an end portion of the outer tube.
  • the straight section facilitates the introduction of the inner tube in the outer tube as well as the assembly of the heat exchanger with other components.
  • the evaporator for installation in a refrigeration device requires only one pipe, which can serve simultaneously for the supply and discharge of the heat transfer fluid, so that only one opening must be provided by a heat insulation of an interior of the refrigerator through to the outside.
  • a refrigeration device in which a heat exchanger according to the invention is used, can thus be operated quietly, the energy efficiency of the device is not impaired and also offer constructive advantages for the device.
  • Figure 1 is a perspective partial section through a tube of a heat exchanger in which an inner tube according to the invention.
  • Figure 2 is a section through the outer and inner tube of the heat exchanger along a plane A-A.
  • FIG. 3 shows a section through outer and inner tube of the heat exchanger in a further embodiment along a plane AA.
  • Fig. 4 is a schematic representation of an evaporator with a heat exchanger according to the invention.
  • a heat exchanger in the form of two nested pipes 1, 2 is shown, wherein an outer pipe 1 encloses an inner pipe 2 in length and the inner pipe 2 has a significantly smaller cross-section than the outer pipe 1.
  • the outer pipe 1 is cut open on a part of its length.
  • the inner pipe 2 is wavy in the interior of the outer pipe 1, wherein the inner pipe 2 oscillates in the outer pipe 1 and the
  • the amplitude height of the waves is chosen so that the inner
  • the amplitude height of the waves corresponds at least to the difference between the inner diameter 11 of the outer pipe 1 and
  • the wave has a very elongated shape, wherein the length of the waves is approximately ten times the wave amplitude.
  • the waveform of the inner pipe 2 ends so that the inner pipe 2 has a straight end portion 22 there.
  • FIG. 2 shows a cross section through the outer pipe 1 and the inner pipe 2 along a direction indicated in Fig. 1 level A-A.
  • the inner pipe 2 contacts one side of the inner wall of the outer pipe 1 at the level of the cutting plane at a first point. Since the waveform of the inner pipe 2 extends in a plane, a next point of the inner pipe 2 contacts the inner wall of the outer pipe 1 on a side of the inner wall opposite to the first point.
  • the inner pipe 2 thus oscillates along a plane 3 within the inner walls of the outer pipe 2.
  • FIG. 3 shows, analogously to FIG. 2, a cross-section of an alternative embodiment of the invention.
  • the waves of the inner pipe 2 are out of phase in two Levels 3, 3 '.
  • the points of contact of the inner pipe 2 to the inner walls of the outer pipe 1 are arranged the same as in the alternative shown in Fig. 2, however, results in a three-dimensional waveform of the inner tube 2 similar to a helix. Since the wave amplitude in the direction of a plane 3 is greater than the amplitude in the direction of a plane 3 ', the helix assumes in its inner section no round shape, but an elliptical shape.
  • Fig. 4 is a schematic representation of a portion of an evaporator 4 for a refrigeration device such as a refrigerator or freezer is shown.
  • the evaporator 4 can be assembled in a manner known per se to a person skilled in the art from a planar board on which a pipeline is attached as the refrigerant channel 41, or a planar board and a board into which a refrigerant channel 41 is embossed.
  • a compressor of the refrigerator suction line which is formed by the outer pipe 1, on the refrigerant passage 41.
  • a guided in the suction line capillary is sealed as an inner pipe 2 at an injection point 42 inserted into a bottleneck of the refrigerant channel 41.
  • the evaporator 4 can be mounted, for example, in a rear wall of the refrigerator, between an inner container and an insulating foam layer, with the inner container facing planar board.
  • the invention is also applicable to an evaporator 4, which is arranged in the inner container of a refrigerator and there surrounds a freezer compartment, as well as any other evaporator designs.

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Abstract

Wärmetauscher mit einer äusseren Rohrleitung (1) für ein erstes Wärmeträgerfluid und einer innerhalb der äusseren Rohrleitung (1) geführten inneren Rohrleitung (2) für ein zweites Wärmeträgerfluid, wobei das innere Rohr (2) in Wellen mit einer Amplitude verläuft, die wenigstens der Differenz von Innendurchmesser (11) des äusseren Rohrs (1) und Aussendurchmesser (21) des inneren Rohrs (2) entspricht.

Description

Wärmetauscher und Kältegerät
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wärmetauscher und ein Kältegerät mit einem Wärmetauscher gemäß der Erfindung.
Zum Zu- und Ableiten von Kältemittel an einem Verdampfer eines Kältegeräts, beispielsweise einem Kühlschrank oder einem Gefriergerät, wird üblicherweise eine Anordnung verwendet, wo eine Kapillarleitung, welche verdichtetes, relativ warmes Kältemittel von einem Verdichter zu einer Drosselstelle am Eingang des Verdampfers führt, im Inneren einer Saugleitung von wesentlich größerem Querschnitt angeordnet ist, über die verdampftes Kältemittel aus dem Verdampfer abgesaugt und einem Verdichter zugeführt wird. Die Anordnung der Kapillare in Inneren der Saugleitung soll eine Vorkühlung des verdichteten Kältemittels noch vor Erreichen der Drosselstelle durch das im Gegenstrom außen an der Kapillare entlangfließende verdampfte Kältemittel ermöglichen, so dass durch Saugrohr und Kapillare ein Wärmetauscher gebildet ist.
Eine frei bewegliche Anordnung der Kapillare im Inneren der Saugleitung birgt das Problem, dass die Kapillare aufgrund von Vibrationen eines Motors des Verdichters hin- und herschwingt und hierbei unkontrolliert an die Innenwände der Saugleitung anstößt, wodurch Geräusche verursacht werden, welche von einem Benutzer des Geräts als störend empfunden werden. Zudem kann es passieren, dass die Kapillare auf einem großen Teil ihrer Länge die Innenwand der Saugleitung berührt, so dass eine unerwünschte Wärmebrücke geschaffen wird, welche die Vorkühlung des Kältemittels in der Kapillare beeinträchtigt.
Eine in der Gebrauchsmusterschrift DE 20 2006 005 550 U1 beschriebene Lösung verwendet eine Anordnung von Abstandshaltern zum Fixieren der Kapillare im Inneren des Saugrohrs, wodurch sowohl die durch das Anstoßen hervorgerufenen Geräusche unterbunden werden, als auch ein Anliegen der Kapillare an der Innenwand der Saugleitung verhindert wird.
Nachteilig ist hierbei jedoch, dass bei einer solchen Lösung die im Saugrohr angeordneten Abstandshalter den Querschnitt des Saugrohrs verengen. Zudem müssen die Abstandshalter als separate Teile gefertigt werden, und die Montage von Kapillare und Saugrohr erfordert weitere Handgriffe zum Einsetzen der Abstandshalter.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Wärmetauscher mit einer äußeren und einer inneren Rohrleitung anzugeben, der schnell und einfach zusammenzubauen ist und bei welchem die Kapillare im Saugrohr so fixiert ist, dass sowohl ausgedehnte Wärmebrücken als auch unerwünschte Geräusche vermieden werden.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass bei einem Wärmetauscher mit einer äußeren Rohrleitung für ein erstes Wärmeträgerfluid und einer innerhalb der äußeren Rohrleitung geführten inneren Rohrleitung für ein zweites Wärmeträgerfluid das innere Rohr in Wellen mit einer Amplitude verläuft, die wenigstens der Differenz von Innendurchmesser des äußeren Rohrs und Außendurchmesser des inneren Rohrs entspricht. Indem sich die
Scheitelpunkte der Wellen gegen entgegengesetzte Seiten der Innenwand des äußeren Rohrs abstützen, erhält das innere Rohr eine stabile Formgebung, so dass sich das innere Rohr nicht mehr aufgrund von Vibrationen des Verdichtermotors bewegen kann.
Die Wellenamplitude ist so gewählt, dass sich die Wellenform des inneren Rohrs über den gesamten Innendurchmesser des äußeren Rohrs erstreckt. Dadurch kann gewährleistet werden, dass keine Bereiche entstehen, an welchen das innere Rohr frei beweglich ist. Der Querschnitt des äußeren Rohrs ist durch keine weiteren Hindernisse verengt, so dass das erste Wärmeträgerfluid ungehindert hindurchfließen kann.
Hinsichtlich der Formgebung des inneren Rohrs ist es vorteilhaft, wenn die Wellen in einer Ebene verlaufen. Somit kann das innere Rohr in einfacher Weise in die gewünschte Form gebracht werden und kann dennoch eine stabile Fixierung im äußeren Rohr erreichen. Alternativ hierzu können die Wellen auch phasenverschoben in zwei Ebenen verlaufen, so dass das innere Rohr eine elliptisch gewendelte Wellenform besitzt.
Um die innere Rohrleitung stabil zu fixieren, ist es an sich wünschenswert, eine Vielzahl von Kontakten zwischen innerer und äußerere Rohrleitung zu haben. Andererseits eröht eine starke Krümmung der inneren Rohrleitung deren Durchflusswiderstand und die Neigung des ertsen Wärmeträgerfluids, turbulent zu strömen. Ferner stellt jeder Kontakt zwischen innerem und äußerem Rohr eine Wärmebrücke dar, deren Zahl gering gehalten werden sollte. Es zeigt sich, dass eine hinreichende Lagestabilität der inneren Rohrleitung erreichbar bleibt, wenn die Länge der Wellen wenigstens das Fünffache oder gar das Zehnfache der Amplitude beträgt.
Weiterhin ist es für die Montage der beiden Rohre ineinander vorteilhaft, wenn das innere Rohr in einem Endabschnitt des äußeren Rohrs geradlinig verläuft. Durch den geraden Abschnitt wird das Einbringen des inneren Rohrs im äußeren Rohr sowie der Zusammenbau des Wärmetauschers mit anderen Komponenten erleichtert.
Vorteile hinsichtlich der Verwendung des erfindungsgemäßen Wärmetauschers werden dadurch erreicht, wenn an ein Ende der Rohre ein Verdampfer angeschlossen ist. Somit benötigt der Verdampfer zum Einbau in ein Kältegerät nur eine Rohrleitung, welche gleichzeitig für die Zu- und Ableitung des Wärmeträgerfluids dienen kann, so dass nur eine Öffnung durch eine Wärmeisolierung eines Innenraums des Kältegeräts hindurch nach außen vorgesehen werden muss.
Ein Kältegerät, in welchem ein erfindungsgemäßer Wärmetauscher verwendet wird, kann somit geräuscharm betrieben werden, wobei die Energieeffizienz des Geräts nicht beeinträchtigt wird und sich darüber hinaus konstruktive Vorteile für das Gerät bieten.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Es zeigen:
Fig. 1 einen perspektivischen Teilschnitt durch ein Rohr eines Wärmetauschers, in welchem ein inneres Rohr gemäß der Erfindung verläuft;
Fig. 2 einen Schnitt durch äußeres und inneres Rohr des Wärmetauschers entlang einer Ebene A-A;
Fig. 3 einen Schnitt durch äußeres und inneres Rohr des Wärmetauschers in einer weiteren Ausgestaltung entlang einer Ebene A-A; und - A -
Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Verdampfers mit einem Wärmetauscher gemäß der Erfindung.
In Fig. 1 ist ein Wärmetauscher in Form zweier ineinander angeordneter Rohrleitungen 1 , 2 dargestellt, wobei eine äußere Rohrleitung 1 eine innere Rohrleitung 2 der Länge nach umschließt und die innere Rohrleitung 2 einen deutlich geringeren Querschnitt aufweist als die äußere Rohrleitung 1. In der gezeigten Ansicht ist die äußere Rohrleitung 1 auf einem Teil ihrer Länge aufgeschnitten.
Die innere Rohrleitung 2 verläuft wellenförmig im Inneren der äußeren Rohrleitung 1 , wobei die innere Rohrleitung 2 in der äußeren Rohrleitung 1 oszilliert und die
Scheitelpunkte der Wellen entgegengesetzte Seiten der Innenwand der äußeren
Rohrleitung 1 berühren. Die Amplitudenhöhe der Wellen ist so gewählt, dass die innere
Rohrleitung 2 zwischen den Innenwänden der äußeren Rohrleitung 1 mit einer leichten
Spannung passformgenau festgehalten wird. Die Amplitudenhöhe der Wellen entspricht mindestens der Differenz zwischen Innendurchmesser 11 der äußeren Rohrleitung 1 und
Außendurchmesser 21 der inneren Rohrleitung 2.
Die Welle besitzt eine sehr langgezogene Form, wobei die Länge der Wellen in etwa ein Zehnfaches der Wellenamplitude beträgt. In einem Endabschnitt 12 der äußeren Rohrleitung 1 endet die Wellenform der inneren Rohrleitung 2, so dass die innere Rohrleitung 2 dort einen gerade verlaufenden Endabschnitt 22 besitzt.
Die Darstellung in Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch die äußere Rohrleitung 1 und die innere Rohrleitung 2 entlang einer in Fig. 1 angedeuteten Ebene A-A. Die innere Rohrleitung 2 berührt eine Seite der Innenwand der äußeren Rohrleitung 1 auf Höhe der Schnittebene an einem ersten Punkt. Da die Wellenform der inneren Rohrleitung 2 in einer Ebene verläuft, berührt ein nächster Punkt der inneren Rohrleitung 2 die Innenwand der äußeren Rohrleitung 1 auf einer dem ersten Punkt gegenüberliegenden Seite der Innenwand. Die innere Rohrleitung 2 oszilliert somit entlang einer Ebene 3 innerhalb der Innenwände der äußeren Rohrleitung 2.
Fig. 3 zeigt nun analog zu Fig. 2 einen Querschnitt einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung. Hier verlaufen die Wellen der inneren Rohrleitung 2 phasenverschoben in zwei Ebenen 3, 3'. Die Berührungspunkte der inneren Rohrleitung 2 an den Innenwänden der äußeren Rohrleitung 1 sind gleich angeordnet wie in der in Fig. 2 gezeigten Alternative, jedoch ergibt sich ein dreidimensionaler Wellenverlauf des inneren Rohrs 2 ähnlich einer Wendel. Da die Wellenamplitude in Richtung einer Ebene 3 größer ist als die Amplitude in Richtung einer Ebene 3', nimmt die Wendel in ihrem Innenausschnitt keine runde Form an, sondern eine elliptische Form.
In Fig. 4 ist eine schematische Darstellung eines Teils eines Verdampfers 4 für ein Kältegerät wie etwa einem Kühlschrank oder Gefrierschrank gezeigt. Der Verdampfer 4 kann in dem Fachmann an sich bekannter Weise aus einer ebenen Platine, auf der als Kältemittelkanal 41 eine Rohrleitung befestigt ist, oder einer ebenen Platine und einer Platine, in die ein Kältemittelkanal 41 eingeprägt ist, zusammengefügt sein.
An einer Anschlussstelle in der linken oberen Ecke der Platine mündet eine zu einem Verdichter des Kältegeräts führende Saugleitung, welche durch die äußere Rohrleitung 1 gebildet ist, auf den Kältemittelkanal 41. Eine inmitten der Saugleitung geführte Kapillare ist als innere Rohrleitung 2 an einer Einspritzstelle 42 dicht in eine Engstelle des Kältemittelkanals 41 eingefügt. Der Verdampfer 4 kann zum Beispiel in einer Rückwand des Kältegeräts, zwischen einem Innenbehälter und einer isolierenden Schaumschicht, mit dem Innenbehälter zugewandter ebener Platine montiert sein. Die Erfindung ist aber auch anwendbar auf einen Verdampfer 4, der im Innenbehälter eines Kühlschranks angeordnet ist und dort ein Frostfach umgibt, sowie auf beliebige andere Verdampferbauformen.

Claims

Ansprüche
1. Wärmetauscher mit einer äußeren Rohrleitung (1 ) für ein erstes Wärmeträgerfluid und einer innerhalb der äußeren Rohrleitung (1 ) geführten inneren Rohrleitung (2) für ein zweites Wärmeträgerfluid, dadurch gekennzeichnet, dass das innere Rohr (2) in Wellen mit einer Amplitude verläuft, die wenigstens der Differenz von
Innendurchmesser (11 ) des äußeren Rohrs (1 ) und Außendurchmesser (21 ) des inneren Rohrs (2) entspricht.
2. Wärmetauscher nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Amplitude wenigstens dem Innendurchmesser (1 1 ) des äußeren Rohrs entspricht.
3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellen in einer Ebene (3) verlaufen.
4. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellen phasenverschoben in zwei Ebenen (3, 3') verlaufen.
5. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der Wellen wenigstens das Zehnfache der Amplitude beträgt.
6. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das innere Rohr (2) in einem Endabschnitt (12) des äußeren Rohrs (1 ) geradlinig verläuft.
7. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an ein Ende der Rohre ein Verdampfer (4) angeschlossen ist.
8. Kältegerät, gekennzeichnet durch einen Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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