PL205439B1

PL205439B1 - Wymiennik ciepła dla urządzenia chłodniczego i sposób wytwarzania wymiennika ciepła

Info

Publication number: PL205439B1
Application number: PL371433A
Authority: PL
Inventors: Michael Neumann
Original assignee: Bsh Bosch Siemens Hausgeraete; Bsh Bosch Und Siemens Hausgeraete Gmbh
Priority date: 2002-04-26
Filing date: 2003-04-25
Publication date: 2010-04-30
Also published as: RU2317501C2; US7222662B2; PL371433A1; WO2003091636A1; CN1650135A; BR0309563A; US20050121183A1; CN1309998C; RU2004130490A; AU2003222840A1; EP1502059A1

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest wymiennik ciepła dla urządzenia chłodniczego, taki jak parownik, skraplacz lub temu podobny, z płytą, znajdującym się w przewodzącym ciepło styku z płytą nośną, przewodem rurowym dla czynnika chłodzącego i przyczepną względem płyty nośnej i przewodu rurowego warstwą materiału ustalającego oraz sposób wytwarzania takiego wymiennika ciepła.

Wymiennik ciepła tego rodzaju i sposób jego wytwarzania są znane z DE 109 38 773 A1. W znanym sposobie wytwarzania wygię ty meandrowo przewód rurowy utrzymuje się w stanie dociśniętym do płyty nośnej, zaś przestrzenie pomiędzy zakolami przewodu rurowego wypełnia się środkiem ustalającym. W przypadku tego środka ustalającego może chodzić o ekspandowaną piankę poliuretanową lub nadające się do odlewania, duroplastyczne tworzywa sztuczne. Tego rodzaju środki ustalające są drogie, zaś sieciowanie, zachodzące podczas ich utwardzania względnie spieniania, utrudnia ich odzyskiwanie i ponowne wykorzystanie, gdy tego rodzaju parownik ma podlegać recyklingowi.

Celem wynalazku jest opracowanie taniego, poddającego się łatwo recyklingowi wymiennika ciepła dla chłodziarki i sposobu jego wytwarzania.

Wymiennik ciepła dla urządzenia chłodniczego, z płytą nośną, znajdującym się w przewodzącym ciepło styku z płytą nośną przewodem rurowym dla czynnika chłodzącego i przyczepną względem płyty nośnej i przewodu rurowego warstwą materiału ustalającego, która jest z kompozycji bitumicznej, według wynalazku charakteryzuje się tym, że kompozycja bitumiczna zawiera od 25 do 65% objętościowych wypełniacza, przy czym wypełniacz ma wyższy współczynnik kumulowania ciepła niż bitum.

Korzystnie, przewód rurowy ma spłaszczony przekrój.

Korzystnie, warstwa materiału ustalającego jest połączona z płytą nośną warstwą kleju.

Korzystnie, warstwa kleju jest z kleju termoaktywnego.

Korzystnie, kompozycja bitumiczna zawiera od 50 od 80% wagowych wypełniacza.

Korzystnie, wypełniacz stanowi rozdrobniony materiał skalny.

Korzystnie, wypełniacz stanowi żelazo.

Korzystnie, warstwa materiału ustalającego ma na swej stronie przeciwnej względem płyty nośnej warstwę lakieru.

Korzystnie, warstwa materiału ustalającego ma średnią grubość pomiędzy 0,5 i 2 mm, korzystnie pomiędzy 1,0 i 1,5 mm.

Sposób wytwarzania wymiennika ciepła, zwłaszcza wymiennika ciepła zgodnego z jednym z poprzednich zastrzeżeń, według wynalazku charakteryzuje się tym, że tworzy się stos, obejmujący płytę nośną, przewód rurowy dla czynnika chłodzącego i płytę z kompozycji bitumicznej, a następnie nagrzewa się płytę i prasuje się stos.

Korzystnie, płytę nośną, przewód rurowy dla czynnika chłodzącego i płytę z kompozycji bitumicznej układa się w stos w podanej kolejności.

Zastosowanie kompozycji bitumicznej jako warstwy materiału ustalającego ma po pierwsze tę zaletę, że takie materiały są dostępne w niskiej cenie, po drugie zaś poddają się łatwo recyklingowi, ponieważ po rozłożeniu takiego wymiennika ciepła na części składowe pozyskany materiał bitumiczny można bez skomplikowanego uzdatniania i bez pogorszenia jakości wykorzystać do wytwarzania nowego wymiennika ciepła lub do innych celów. Poza tym zastosowanie kompozycji bitumicznej po jej oziębieniu zapewnia bardzo ścisły kontakt przewodu rurowego z płytą nośną, co poprawia efektywność cieplną wymiennika ciepła. Masa kompozycji bitumicznej ma ponadto zdolność kumulowania ciepła względnie zimna, co w przypadku parownika służy do obniżenia zużycia energii przez urządzenie chłodnicze.

Uzyskane dzięki kompozycji bitumicznej powiązanie między płytą nośną i przewodem rurowym wytrzymuje bardzo duże obciążenia mechaniczne, dzięki czemu wymiennik ciepła wykazuje wysoką stabilność kształtu przy manipulowaniu nim podczas produkcji masowej.

Dzięki zdolności przylegania kompozycji bitumicznej odtwarza ona dokładnie zarysy przewodu rurowego i płyty nośnej, co zapobiega wdyfundowywaniu wilgoci pomiędzy oba te elementy, a co za tym idzie, zapobiega powstawaniu lodu, grożącego korozją lub oddzieleniem się przewodu rurowego od płyty nośnej.

Aby poprawić wymianę ciepła pomiędzy przewodem rurowym i płytą nośną, przewód rurowy może mieć spłaszczony przekrój o poszerzonym boku od strony płyty nośnej, co zapewnia powierzchniowy styk pomiędzy płytą nośną i przewodem rurowym. Powierzchniowy styk zapewnia stałe istnienie

PL 205 439 B1 przewodzącego ciepło styku pomiędzy przewodem rurowym i płytą, nawet przy niekorzystnych warunkach produkcji.

Aby osiągnąć stałe połączenie między warstwą materiału ustalającego i płytą nośną, można korzystnie zastosować warstwę kleju, która łączy co najmniej lokalnie warstwę materiału ustalającego z pł ytą noś n ą .

Wspomniana warstwa kleju składa się korzystnie z kleju aktywowanego termicznie. Upraszcza to wytwarzanie wymiennika ciepła, ponieważ warstwę kleju można umieścić wcześniej bez zabezpieczenia na użytej do tworzenia warstwy materiału przyczepnego płycie z kompozycji bitumicznej, zaś jej działanie aktywuje się poprzez stopienie przy nagrzewaniu warstwy materiału ustalającego.

Kompozycja bitumiczna może poza bitumem zawierać około 50 do 80% wypełniacza. Wypełniacz, który może mieć postać pojedynczego materiału lub mieszaniny materiałów, można dobrać na przykład z punktu widzenia minimalizacji kosztów, poprawy przewodności cieplnej lub optymalizacji zdolności kumulowania ciepła przez warstwę materiału ustalającego. Wysoka zdolność kumulowania ciepła sprawia, że w urządzeniu chłodniczym, w którym wbudowany jest parownik według wynalazku, sprężarka musi pracować przez długi czas, by umieszczony na parowniku czujnik temperatury zarejestrował jej spadek poniżej dolnej temperatury granicznej, w której następuje wyłączenie parownika. Jednak również odwrotnie zabiera to dużo czasu, aż parownik i komora do przechowywania produktów po wyłączeniu parownika nagrzeją się ponownie do górnej temperatury granicznej, przy przekroczeniu której następuje ponowne włączenie parownika. Wydłużenie faz włączania parownika przy zachowaniu stałego stosunku czasu trwania faz włączania do całkowitego czasu pracy chłodziarki poprawiają jej sprawność.

Wypełniacz stanowi korzystnie rozdrobniony materiał skalny lub żelazo.

Warstwę materiału ustalającego można celem zabezpieczenia pokryć od strony przeciwnej względem płyty nośnej warstwą lakieru.

Warstwa materiału ustalającego ma korzystnie średnią grubość w zakresie od 0,5 do 2 mm, zwłaszcza od 1,0 do 1, 5 mm.

Wytwarzanie wymiennika ciepła opisanego powyżej rodzaju można zrealizować w prosty sposób poprzez utworzenie stosu, zawierającego płytę nośną, przewód rurowy dla czynnika chłodzącego i pł ytę z kompozycji bitumicznej, nastę pują ce potem nagrzanie folii i sprasowanie stosu.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia parownik w widoku perspektywicznym jako przykład wymiennika ciepła według wynalazku, fig. 2 - parownik z fig. 1 w częściowym przekroju, a fig. 3 - etapy sposobu wytwarzania parownika.

Ukazany na fig. 1 w widoku perspektywicznym parownik jest zbudowany z płaskiej płyty nośnej 1 z blachy aluminiowej, na której umieszczony jest wygięty meandrowo przewód 2 dla czynnika chłodzącego, wykonany z również aluminiowej rury. Płyta nośna 1 i przewód 2 dla czynnika chłodzącego są pokryte warstwą 3 materiału ustalającego z kompozycji bitumicznej.

Kompozycja bitumiczna składa się z około 25% wagowych modyfikowanego polimerami bitumu, 3% wagowych tworzywa sztucznego i około 72% wagowych mączki skalnej jako wypełniacza. Ogólnie rzecz biorąc, udział materiału skalnego może stanowić 50 do 80% wagowych. Przy założeniu gęstości równej 1100 kg/m³ dla bitumu i 2800 kg/m³ dla materiału skalnego odpowiada to udziałowi objętościowemu mączki skalnej od 28 do 61% objętościowych. Gęsty kamień naturalny, który nadaje się na materiał wyjściowy do wytwarzania takiej mączki skalnej, ma zazwyczaj współczynnik kumulowania ciepła S wynoszący około 700 Wh/m³K, w przeciwieństwie do wartości S = 515 Wh/m³K dla bitumu.

Współczynnik kumulowania ciepła dla warstwy materiału ustalającego, zawierającej 72% wagowe mączki skalnej (odpowiednio do udziału objętościowego około 50%) można obliczyć na około 610 Wh/m³K. Zdolność kumulowania ciepła przez tę warstwę materiału ustalającego jest tym samym o prawie 20% wyższa niż dla wykonanej jedynie z bitumu warstwy materiału ustalającego o takiej samej grubości, równocześnie zaś mniejsze są koszty materiałowe warstwy zawierającej mączkę skalną.

Wyższe współczynniki kumulowania ciepła w porównaniu z materiałem skalnym mają zwłaszcza niektóre metale, jak na przykład cynk (S = 785 Wh/m³K), miedź (S = 995 Wh/m³K) i żelazo (S = 1015-1080 Wh/m³K). Dzięki swej wyjątkowo wysokiej zdolności kumulowania ciepła, a także z punktu widzenia kosztów, jako wypełniacz dla warstwy materiału ustalającego może być brane pod uwagę również żelazo, które dodaje się do bitumu przy takich samych udziałach objętościowych, jak podano wyżej. Dla warstwy ustalającej, zawierającej 50% objętościowych żelaza, współczynnik kumulowania ciepła S = 775 Wh/m³K.

PL 205 439 B1

Jak widać na fig. 2, przewód 2 dla czynnika chłodzącego ma przekrój nie dokładnie okrągły, lecz spłaszczony, raczej eliptyczny, wskutek czego przewód 2 i płyta nośna 1 co najmniej w przybliżeniu stykają się ze sobą powierzchniowo. Pozwala to osiągnąć w prosty technologicznie sposób przewodzący ciepło styk pomiędzy przewodem 2 dla czynnika chłodzącego i płytą nośną 1. Warstwa 3 materiału ustalającego wchodzi w pachwiny 4, leżące z obu stron linii styku pomiędzy przewodem 2 dla czynnika chłodzącego i płytą nośną 1. Lita warstwa 3 materiału ustalającego zapewnia lepszą wymianę ciepła pomiędzy płytą nośną 1 i przewodem 2 dla czynnika chłodzącego, niż byłoby to możliwe przy typowym zastosowaniu pianki poliuretanowej jako materiału ustalającego. Spłaszczony kształt przewodu 2 dla czynnika chłodzącego sprawia, że grubość warstwy 3 materiału ustalającego w pachwinach 4 jest mniejsza niż miałoby to miejsce w przypadku okrągłego przewodu 2. Jest to korzystne także z uwagi na efektywną wymianę ciepła pomiędzy płytą nośną 1 i przewodem 2 dla czynnika chłodzącego. Pomiędzy warstwą 3 materiału ustalającego i płytą nośną 1 znajduje się warstwa 5 z kleju termoaktywnego, która z uwagi na swoją grubość, znacznie mniejszą w porównaniu z płytą nośną 1 i warstwą 3 materiału ustalającego, na figurze rysunku widoczna jest jedynie w postaci linii.

Poszczególne etapy wytwarzania parownika według wynalazku są przedstawione na fig. 3.

W ukazanym na fig. 3A, pierwszym etapie sposobu utworzony jest stos, którego warstwy składają się odpowiednio z płyty nośnej 1, przewodu 2 dla czynnika chłodzącego oraz płyty 6 z kompozycji bitumicznej, mającej grubość 1,2 mm. Na zwróconym ku płycie nośnej 1 i przewodowi 2 dla czynnika chłodzącego spodzie płyty 6 znajduje się warstwa 5 kleju. Ponieważ klej warstwy 5 w zimnym stanie płyty nie ma własności adhezyjnych, płytę 6 można wygodnie wykonać na wstępie wspólnie z warstwą 5 i w ten sposób nią manipulować. Na czas pomiędzy wytwarzaniem i zastosowaniem płyty 6 nie są potrzebne środki zapewniające zdolność kleju do wytwarzania połączenia klejonego.

W ukazanej na fig. 3A fazie wytwarzania parownika przewód 2 dla czynnika chłodzącego nie musi spoczywać całą swoją długością na płycie nośnej 1. Dopuszczalna jest nieznaczna falistość przewodu 2 dla czynnika chłodzącego w kierunku prostopadłym do powierzchni płyty nośnej 1, jak ukazano na fig. 3A.

W ukazanym na fig. 3B, drugim etapie wytwarzania parownika do górnej powierzchni płyty 6 dociska się stempel 7. W tym stadium płyta 6 jest zimna, a co za tym idzie, sztywna. Siła docisku stempla 7 powoduje to, że przewód 2 dla czynnika chłodzącego jest dociskany na całej swej długości do płyty nośnej 1.

Stempel 7 jest na swym zwróconym ku płycie 6 spodzie zaopatrzony w kanały 9, których przebieg odpowiada przebiegowi przewodu 2 dla czynnika chłodzącego.

Alternatywnie względem tego, stempel 7 może być także wykonany z tworzywa elastomerowego, jak na przykład silikonu o twardości na przykład 20 jednostek w skali A Shore'a i grubości 20 mm. W przypadku stempla z tworzywa elastomerowego o odpowiedniej twardości w skali Shore'a, nie powodującej uszkodzenia przewodu dla czynnika chłodzącego, zbędne jest umieszczenie na spodzie stempla kanału dla przewodu dla czynnika chłodzącego.

Poprzez następujące potem nagrzanie upłynnia się bitum płyty 6 i wciska się płytę 6 w przestrzenie 8 pomiędzy sąsiednimi odcinkami przewodu 2 dla czynnika chłodzącego, dociskając ją do płyty nośnej 1. Lepkość kompozycji bitumicznej jest tak dobrana, że z jednej strony jest ona wystarczająco płynna, by wniknąć w pachwiny 4 pomiędzy płytą nośną 1 i przewodem 2 dla czynnika chłodzącego, z drugiej zaś pozostaje nadal wystarczająco lepka, aby zapobiec ewentualnemu lokalnemu podniesieniu części przewodu 2 dla czynnika chłodzącego z płyty nośnej.

Aby niezależnie od płynności kompozycji bitumicznej uniknąć lokalnego podniesienia przewodu 2 dla czynnika chłodzącego, kanały 9 stempla 7 mogą być także lokalnie zaopatrzone w (nie przedstawione) występy, które przy nagrzewaniu płyty 6 są przeciskane przez nią i dochodzą do bezpośredniego styku z przewodem 2 dla czynnika chłodzącego, aby utrzymywać go w stanie dociśniętym do płyty nośnej 1.

Temperatura topnienia kleju termoaktywnego, tworzącego warstwę 5, jest tak dobrana, że topi się on podczas nagrzewania i formowania płyty 6, a następnie, podczas chłodzenia, wiąże na stałe ponownie zakrzepniętą warstwę 3 materiału ustalającego z płytą nośną 1 i przewodem 2 dla czynnika chłodzącego. Warstwa 5 kleju może się rozciągać na całym spodzie płyty 6 lub tylko na jego częściach.

Celem uszczelnienia swobodnej powierzchni warstwy 3 materiału ustalającego można na nią nałożyć warstwę lakieru, zwłaszcza szelaku.

PL 205 439 B1

Odzyskiwanie kompozycji bitumicznej przy recyklingu parownika można łatwo zrealizować w ten sposób, że poprzez odkształcanie parownika następuje odpryskiwanie kawałków warstwy 3 materiału ustalającego, która w stanie zimnym jest krucha, albo poprzez silne oziębienie parownika, na przykład za pomocą suchego lodu, niszczy się wiązanie pomiędzy warstwą 3 materiału ustalającego i przewodem 2 dla czynnika chłodzącego względnie płytą nośną 1.

Claims

1. Wymiennik ciepła dla urządzenia chłodniczego, z płytą nośną, znajdującym się w przewodzącym ciepło styku z płytą nośną przewodem rurowym dla czynnika chłodzącego i przyczepną względem płyty nośnej i przewodu rurowego warstwą materiału ustalającego, która jest z kompozycji bitumicznej, znamienny tym, że kompozycja bitumiczna zawiera od 25 do 65% objętościowych wypełniacza, przy czym wypełniacz ma wyższy współczynnik kumulowania ciepła niż bitum.

2. Wymiennik ciepła według zastrz. 1, znamienny tym, że przewód rurowy (2) ma spłaszczony przekrój.

3. Wymiennik ciepła według zastrz. 1, znamienny tym, że warstwa (3) materiału ustalającego jest połączona z płytą nośną (1) warstwą (5) kleju.

4. Wymiennik ciepła według zastrz. 3, znamienny tym, że warstwa (5) kleju jest z kleju termoaktywnego.

5. Wymiennik ciepła według zastrz. 1, znamienny tym, że kompozycja bitumiczna zawiera od 50 od 80% wagowych wypełniacza.

6. Wymiennik ciepła według zastrz. 1 albo 5, znamienny tym, że wypełniacz stanowi rozdrobniony materiał skalny.

7. Wymiennik ciepła według zastrz. 1 albo 5, znamienny tym, że wypełniacz stanowi żelazo.

8. Wymiennik ciepła według zastrz. 1, znamienny tym, że warstwa (3) materiału ustalającego ma na swej stronie przeciwnej względem płyty nośnej (1) warstwę lakieru.

9. Wymiennik ciepła według zastrz. 1, znamienny tym, że warstwa (3) materiału ustalającego ma średnią grubość pomiędzy 0,5 i 2 mm, korzystnie pomiędzy 1,0 i 1,5 mm.

10. Sposób wytwarzania wymiennika ciepła, zwłaszcza wymiennika ciepła zgodnego z jednym z poprzednich zastrzeżeń, polegający na tym, że tworzy się stos, obejmujący płytę nośną (1), przewód rurowy (2) dla czynnika chłodzącego i płytę (6) z kompozycji bitumicznej, a następnie nagrzewa się płytę (6) i prasuje się stos.

11. Sposób według zastrz. 10, znamienny tym, że płytę nośną (1), przewód rurowy (2) dla czynnika chłodzącego i płytę (6) z kompozycji bitumicznej układa się w stos w podanej kolejności.