WO2008077762A2 - Wärmetauscher - Google Patents

Abstract

Ein Wärmetauscher umfasst eine Mehrzahl von in Reihe verbundenen plattenförmigen Wärmetauscherelementen (11). Wenigstens ein sich quer zu den Wärmetauscherelementen (11) erstreckendes Stabilisierungselement (15, 17) ist mit einer Mehrzahl von Kerben (16) versehen. In jede Kerbe (16) greift ein Wärmetauscherelement (11) ein.

Description

Wärmetauscher

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, insbesondere für den Einsatz als Verflüssiger oder Verdampfer in einem Haushaltskältegerät.

Herkömmliche Haushaltskältegeräte in Cold-Wall-Bauweise haben im Allgemeinen einen Verdampfer in Gestalt einer großformatigen Platte, die an einer Rückwand des Kältegeräts zwischen Innenbehälter und Isolationsmaterialschicht angeordnet ist, sowie einen ebenfalls plattenförmigen Verflüssiger, der außen an der Rückwand des Geräts montiert ist. Bei beiden Wärmetauschern, dem Verdampfer wie auch dem Verflüssiger, findet ein Wärmeaustausch in einem Rohr zirkulierendem Kältemittel und Luft, entweder Umgebungsluft oder der Luft des Innenraums des Kältegeräts, statt. Die geringe Leistungsdichte der Wärmetauscher macht große Abmessungen erforderlich.

Mit Hilfe von zwangsbelüfteten Wärmetauschern ist eine höhere Leistungsdichte realisierbar, doch müssen solche Wärmetauscher eine kompakte Bauform haben, um eine effiziente Zwangsbelüftung auf ihrer gesamten Ausdehnung zu ermöglichen. Eine solche kompaktere Bauweise ist realisierbar, indem mehrere plattenförmige Wärmetauscherelemente in einer paketartigen Anordnung zusammengefasst werden in der Luft in Zwischenräumen zwischen den Wärmetauscherelementen zirkulieren kann. Die mechanische Stabilität eines solchen Pakets ist allerdings gering, wenn die einzelnen Wärmetauscherelemente lediglich durch eine das Kältemittel führende Rohrleitung verbunden sind. Es besteht die Gefahr, dass eine Rohrleitung, die zwei Wärmetauscherelemente miteinander verbindet, abknickt oder dass aufgrund der geringen Formbeständigkeit der Paketanordnung der Einbau des Wärmetauschers an einer hierfür vorgesehenen und entsprechend einer gewünschten Gestalt des Wärmetauschers geformten Stelle erschwert ist. Zwar wäre es möglich, die Anordnung der Wärmetauscherelemente durch sich zwischen den Elementen erstreckende Verstrebungen zu versteifen, doch ist dies mit erheblichem Arbeitsaufwand und Kosten verbunden.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist, einen Wärmetauscher zu schaffen, der einen kompakten Aufbau mit guter Formstabilität verbindet. Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass bei einem Wärmetauscher mit einer Mehrzahl von in Reihe verbundenen plattenförmigen Wärmetauscherelementen ein sich quer zu den Wärmetauscherelementen erstreckendes, mit einer Mehrzahl von Kerben versehenes Stabilisierungselement vorgesehen ist, bei dem in jede Kerbe ein Wärmetauscherelement eingreift. So kann durch einfaches Zusammenstecken ein Wärmetauscher erhalten werden, dessen Elemente gegeneinander lagefixiert sind, so dass der gesamte Wärmetauscher formstabil ist und in einen für ihn vorgesehenen Montagehohlraum eng toleriert eingefügt werden kann.

Die Reihenverbindung zwischen den Wärmetauscherelementen kann jeweils durch ein Rohr gebildet sein, das sich einstückig über die Wärmetauscherelemente und zwischen diesen erstreckt.

Die Wärmetauscherelemente weisen vorzugsweise jeweils wenigstens eine randoffene Aussparung auf, in die das Stabilisierungselement eingreift. So ist ein Wärmetauscher mit besonders kompakter äußerer Gestalt realisierbar.

Besonders bevorzugt ist, dass die Kerben des Stabilisierungselements einander auf zwei Seiten des Stabilisierungselements paarweise gegenüberliegend angeordnet sind und sich gegenüberliegende Ränder der Aussparung eines der Wärmetauscherelemente in die zwei Kerben eines Paares eingreifen. Die sich gegenüberliegenden Ränder erschweren ein versehentliches Abgleiten des Stabilisierungselements von den Wärmetauscherelementen.

Ein in eine der Kerben eingreifender Abschnitt wenigstens eines der Wärmetauscherelemente ist vorzugsweise durch einen Rohrabschnitt dieses Wärmetauscherelements gebildet.

Vorzugsweise ist ein solches Wärmetauscherelement in Art eines Drahtrohrverdampfers ausgeführt, d.h. es umfasst eine Mehrzahl von in Reihe verbundenen, sich in einer ersten Richtung erstreckenden Rohrstücken und eine Mehrzahl von mit den Rohrstücken zu einer Gitterfläche verbundenen Drähten. Eine randoffene Aussparung, die das Stabilisierungselement aufnimmt, kann an einem solchen Wärmetauscherelement durch einen der Drähte und zwei über die Gitterfläche überstehende und jeweils zwei der Rohrstücke verbindende Rohrbögen berandet sein.

Um eine wirksame Stabilisierung zu erreichen, sind vorzugsweise zwei Stabilisierungselemente sich an entgegengesetzten Seiten der Wärmetauscherelemente gegenüberliegend angeordnet.

Die Stabilisierungselemente vereinfachen die Anbringung der Wärmetauscherelemente in einem Gehäuse. Ein solches Gehäuse ist vorzugsweise an zwei Seiten offen, um eine Zwangsbelüftung zu ermöglichen. Ein Gebläse kann hierfür an einer der offenen Seiten des Gehäuses angebracht sein.

Um - insbesondere bei Nutzung des Wärmetauschers als Verflüssiger - Abwärme des Wärmetauschers zu nutzen, können eine Decke und ein Boden des Gehäuses als Verdunstungsschalen ausgebildet sein.

Die zwei Verdunstungsschalen sind zweckmäßigerweise durch einen Überlauf verbunden.

Um Verdunstung in den Schalen zu fördern, kann ferner eine in eine der Verdunstungsschalen eintauchende Rohrschleife mit den Wärmetauscherelementen in Reihe verbunden 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 perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Kältegerätes, gesehen von der Rückseite seines Gehäuses her;

Fig. 2 eine schematisierte Ansicht der Verflüssigerbaugruppe des Kältegerätes aus Fig. 1 ;

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht des Verflüssigers; Fig. 4, 5 jeweils perspektivische Ansichten von Stabilisierungselementen des Verflüssigers;

Fig. 6 den Verflüssiger in Kombination mit den Stabilisierungselementen, einem

Trockner und einer Heizschleife für eine Verdunstungsschale;

Fig. 7 eine perspektivische Ansicht des Oberteiles eines den Verflüssiger aufnehmenden Gestelles; und

Fig. 8 eine perspektivische Ansicht des Unterteiles des Gestelles.

Fig. 1 zeigt eine rückwärtige Ansicht eines Haushaltskältegerätes wie etwa eines Kühlschrankes oder eines Gefrierschrankes. Im Sockel des Gerätes befindet sich eine nach hinten, zum Betrachter hin offene Nische 1 , durch die sich ein an den Seitenwänden des Gehäuses befestigter Querträger 2 erstreckt. Auf diesem Querträger sind ein Verdichter 3 und ein Verflüssigergehäuse 4 montiert. Eine dem Verdichter 3 zugewandte Seite des Gehäuses 4 ist offen. An einer vom Verdichter 3 abgewandten Seite ist das Verflüssigergehäuse 4 durch eine Stirnwand 5 bis auf einen Durchgang verschlossen, an dem ein Gebläse 6 angeordnet ist. Die Stirnwand 5 schließt einerseits dicht an eine Rückwand 7 des Gehäuses 4 an; andererseits berührt ein entgegengesetzter Rand der Stirnwand 5 eine in der Figur nicht sichtbare vertikale isolierende Wand zwischen der Nische 1 und dem Innenraum des Kältegerätes.

Eine Ansicht der Verflüssigerbaugruppe aus entgegengesetzter Richtung, bezogen auf das Kältegerätegehäuse von vorn, ist in Fig. 2 gezeigt. Wie man sieht, ist das Verflüssigergehäuse 4 zur Gerätevorderseite hin offen, und ein Drahtroh rverflüssiger 8 in seinem Inneren ist zu erkennen. Wie auch in der perspektivischen Ansicht des Verflüssigers in Fig. 3 zu sehen, bildet ein Kälte mitte I röhr 9 des Verflüssigers 8 eine Mehrzahl von übereinander parallel angeordneten plattenartigen Abschnitten 1 1 , in denen sich jeweils durch 180°-Bögen 12, 13 einstückig verbundene geradlinige Rohrstücke parallel zur Blickrichtung der Fig. 2 erstrecken. Die plattenförmigen Abschnitte 1 1 sind in an sich bekannter Weise durch an die geradlinigen Rohrstücke angelötete Drähte 14 versteift, wobei die 180°-Bögen 12, 13 jeweils über die Ränder einer von den Rohrstücken und den Drähten 14 gebildeten rechteckigen Gitterfläche überstehen. So weisen die plattenförmigen Abschnitte an entgegengesetzten Rändern jeweils mehrere Aussparungen auf, die jeweils durch zwei Rohrbögen 12 oder 13 und zwischen diesen Rohrbögen verlaufenden Draht begrenzt sind. Ein säulenförmiges Stabilisierungselement 15 greift von der Vorderseite her in eine solche Aussparung zwischen zwei vorderen Bögen 12 jedes plattenförmigen Abschnitts 1 1 ein. Das Stabilisierungselement 15 ist mit einer Mehrzahl von sich paarweise gegenüberliegenden Schlitzen 16 versehen, in die jeweils Teile der benachbarten Bögen 12 eines Abschnitts 1 1 eingreifen. Ein entsprechendes Stabilisierungselement 17 greift von der Rückseite her in eine entsprechende Aussparung zwischen hinteren Bögen 13 der plattenförmigen Abschnitte 1 1 ein.

Die Stabilisierungselemente 15, 17 sind in den Figuren 4, 5 jeweils in perspektivischer Ansicht gezeigt. Sie sind Hohlkörper aus zwei entlang einer vertikalen Ebene zusammengefügten Schalen. Das Stabilisierungselement 15 trägt an einer Außenseite einen vertikalen Steg 18, dessen Breite von oben nach unten zunimmt, so dass sich der Steg 18 dicht an die die Nische 1 vom Innenraum des Kältegerätes trennende, nicht völlig vertikale Wand anschmiegt. Das Stabilisierungselement 17 trägt ebenfalls einen nach außen gerichteten, der Rückwand 7 zugewandten Steg 19, der mittig unterbrochen ist, um der Kontur der Rückwand 7 zu folgen. Beide Stabilisierungselemente 15, 17 tragen den Stegen 18 bzw. 19 gegenüberliegende in den Drahtrohrverflüssiger 8 eingreifende Stege 20, die den freien Luftdurchgangsquerschnitt des Verflüssigers 8 verringern und einen von dem Gebläse 6 angetriebenen Luftstrom im Zentrum des Verflüssigers 8 bündeln.

Fig. 6 zeigt eine perspektivische Ansicht des vollständigen Drahtrohrverflüssigers 8 zusammen mit den aus seitlicher Richtung eingesteckten Stabilisierungselementen 17, 19. An ein Ende des Rohres 9 des Verflüssigers 8 ist eine Trocknerpatrone 21 in den Weg des Kältemittels eingefügt, das andere Ende ist durch eine sich unterhalb des Verflüssigers 8 erstreckende Schleife 22 verlängert.

Das den Verflüssiger 8 aufnehmende Gehäuse 4 ist aus zwei in Fig. 7 bzw. 8 gezeigten Kunststoff-Formteilen zusammengesetzt. Das in Fig. 7 gezeigte obere Formteil 23 umfasst die Stirnwand 5, die Rückwand 7 sowie eine als Verdunstungsschale 24 ausgebildete Decke des Verflüssigergehäuses 4. Von der Stirnwand 5 in vom Betrachter abgewandter Richtung einteilig abstehende hohle Zapfen 25 dienen zur Positionierung des in Fig. 7 nicht gezeigten Gebläses 6 vor einer zentralen Öffnung 26 der Stirnwand 5. Unterhalb der Öffnung 26 springt eine horizontale Rippe 27 ins Innere des Gehäuses 4 vor. Sie dient zusammen mit einer komplementären Nut 28 des in Fig. 9 gezeigten unteren Formteiles 29 zur Höhenfixierung des oberen Formteiles 23 am unteren 29.

Am Boden der Verdunstungsschale 24 ist in der Nähe von deren hinterem Rand eine von einer Wand 30 umgebene Öffnung 45 gebildet. Die Wand 30, die etwas niedriger ist als der äußere Rand der Verdunstungsschale 24, definiert einen Überlaufwasserspiegel der Schale 24. Wenn Kondenswasser, das der Schale 24 aus dem Inneren des Kältegerätes zugeführt wird, über die Oberkante der Wand 30 steigt, fließt Wasser durch die Öffnung 45 der Schale 24 und an der dem Verflüssiger 8 zugewandten und von ihm erwärmten Innenseite der Rückwand 7 herab. Die Rückwand 7 hat einen ins Innere des Verflüssigergehäuses 4 vorspringenden mittleren Abschnitt 31 , der an seinem unteren Rand mit einem unteren Abschnitt 32 der Wand durch ein ansteigendes Wandstück 33 verbunden ist. An der Rückwand 7 herabfließendes Wasser kann somit den unteren Abschnitt 32 der Wand 7 nicht erreichen, so dass der untere Rand des mittleren Abschnittes 31 eine Abtropfkante 34 bildet, von der aus Wassertropfen direkt in eine von dem unteren Formteil 29 gebildete Verdunstungsschale 35 fallen.

Die Oberkanten von zwei vom Boden der Verdunstungsschale 35 abstehenden langgestreckten Rippen 36 dienen als Auflagefläche für den Drahtrohrverflüssiger 8. Gekrümmte Rippen 37, die höher sind als die langgestreckten Rippen 36 dienen als seitliche Anschläge, die die Position des Drahtrohrverflüssigers 8 in horizontaler Richtung definieren. Zwei Haken 38 sind vorgesehen, um Rohrabschnitte des untersten plattenförmigen Abschnittes 1 1 des Drahtrohrverflüssigers 8 zu hintergreifen und diesen so an der unteren Verdunstungsschale 35 zu fixieren. Die Form und Platzierung der Rippen 36, 37 ist jeweils so gewählt, dass sie eine Platzierung der Schleife 22 in Bodennähe der Verdunstungsschale 35 zulassen.

Die bereits erwähnte horizontale Nut 28 ist durch eine Mehrzahl von auswärtsgerichteten Haken 39 an einer in Fig. 8 vom Betrachter abgewandten Stirnwand 40 der Schale 35 gebildet. Eine dem Betrachter zugewandte Außenwand 41 der Schale 35 weist eine Einbuchtung 42 auf, deren Wände in zusammengefügtem Zustand in zwei Kerben 43 des unteren Abschnittes 32 der Rückwand 7 eingreifen und so das obere Formteil 23 abstützen. Ein in Höhe der Einbuchtung 42 an der Außenwand 41 gebildeter Haken 44 ist vorgesehen, um in eine Öffnung 45 des unteren Abschnittes 32 einzugreifen und so die zwei Formteile 23, 29 aneinander zu verrasten.

Claims

Patentansprüche

1. Wärmetauscher mit einer Mehrzahl von in Reihe verbundenen plattenförmig angeordneten Wärmetauscherelementen (1 1 ), gekennzeichnet durch wenigstens ein sich quer zu den Wärmetauscherelementen (1 1 ) erstreckendes, mit einer

Mehrzahl von Kerben (16) versehenes Stabilisierungselement (15, 17), bei dem in jede Kerbe (16) ein Wärmetauscherelement (1 1 ) eingreift.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die plattenförmigen Wärmetauscherelemente (11 ) übereinander angeordnet sind.

3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Reihenverbindung zwischen den Wärmetauscherelementen (1 1 ) durch ein Rohr (9) gebildet ist, das sich einstückig über die Wärmetauscherelemente (1 1 ) und zwischen diesen erstreckt.

4. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Stabilisierungselement (15, 17) in eine randoffene Aussparung der Wärmetauscherelemente (1 1 ) eingreift.

5. Wärmetauscher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kerben (16) des Stabilisierungselements (15, 17) einander auf zwei Seiten des Stabilisierungselements (15, 17) paarweise gegenüberliegend angeordnet sind und sich gegenüberliegende Ränder der Aussparung eines der Wärme- tauscherelemente (1 1 ) in die zwei Kerben (16) eines Paares eingreifen.

6. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein in eine der Kerben (16) eingreifender Abschnitt wenigstens eines der Wärmetauscherelemente (1 1 ) durch einen Rohrabschnitt (12, 13) des Wärmetauscherelements (1 1 ) gebildet ist.

7. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der Wärmetauscherelemente (1 1 ) eine Mehrzahl von in Reihe verbundenen, sich in einer ersten Richtung erstreckenden Rohrstücken und eine Mehrzahl von mit den Rohrstücken zu einer Gitterfläche verbundenen Drähten (14) umfasst, und dass eine der randoffenen Aussparungen durch einen der Drähte (14) und zwei über die Gitterfläche überstehende und jeweils zwei der Rohrstücke verbindende Rohrbögen (12, 13) berandet ist.

8. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass zwei Stabilisierungselemente (15, 17) sich an entgegengesetzten

Seiten der Wärmetauscherelemente (1 1 ) gegenüberliegen.

9. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Stabilisieerungselement aus geschäumtem Kunsstsstoff, vorzugsweise eines geschäumten Polystyrol gebildet ist.

10. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmetauscherelemente (1 1 ) in einem an zwei Seiten offenen Gehäuse (4) aufgenommen sind.

1 1. Wärmetauscher nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass an einer der offenen Seiten (5) des Gehäuses (4) ein Gebläse (6) angebracht ist.

12. Wärmetauscher nach Anspruch 10 oder 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eine Decke und ein Boden des Gehäuses (4) als Verdunstungsschale (24, 35) ausgebildet sind.

13. Wärmetauscher nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Verdunstungsschalen (24, 35) durch einen Überlauf (30, 45) verbunden sind.

14. Wärmetauscher nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine in eine der Verdunstungsschalen (35) eintauchende Rohrschleife (22) mit den Wärmetauscherelementen (1 1 ) in Reihe verbunden ist.

15. Kältegerät mit einem Wärmetauscher nach einem der Ansprüche