DE102015218445A1

DE102015218445A1 - Wärmetauscher mit MPE-Bauteil und zwei Medien-Strömungslabyrinthen sowie Haushaltskältegerät

Info

Publication number: DE102015218445A1
Application number: DE102015218445.5A
Authority: DE
Inventors: Frank Bailly; Michael Laudahn; Carsten Weiss; Kudret Baysal; Simon Pöllinger; Andreas Kleiner; Andreas Krönauer
Original assignee: Bayerisches Zentrum fuer Angewandte Energieforschung eV; BSH Hausgeraete GmbH
Current assignee: Bayerisches Zentrum fuer Angewandte Energieforschung eV; BSH Hausgeraete GmbH
Priority date: 2015-09-25
Filing date: 2015-09-25
Publication date: 2017-03-30

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher (18) für einen Kältekreislauf eines Haushaltskältegeräts (1), welcher eine thermische Kopplungseinheit (19) aufweist, mit welcher ein thermischer Energieaustausch zwischen Medien durchführbar ist, und welche als MPE-Bauteil ausgebildet ist, wobei das MPE-Bauteil integriert ein erstes Strömungslabyrinth (21) für ein erstes Medium aufweist, und ein dazu getrenntes zweites Strömungslabyrinth (26) für ein zweites Medium aufweist, welches mit Labyrinthabschnitten (27, 28, 29) direkt an Labyrinthabschnitte (22, 23, 24) des ersten Strömungslabyrinths (21) angrenzt, und die Labyrinthabschnitte (22, 23, 24, 27, 28, 29) so angeordnet sind, dass in einer Erstreckungsrichtung des MPE-Bauteils betrachtet eine Mehrzahl von Labyrinthabschnitten (22, 23, 24) des ersten Strömungslabyrinths (21) alternierend zu einer Mehrzahl von Labyrinthabschnitten (27, 28, 29) des zweiten Strömungslabyrinths (26) angeordnet sind. Die Erfindung betrifft auch ein Haushaltskältegerät (1).

Description

Die Erfindung betrifft allgemein einen Wärmetauscher. Die Erfindung betrifft auch ein Haushaltskältegerät mit einem derartigen Wärmetauscher.
Ein No-Frost-Haushaltskältegerät ist mit einer No-Frost-Technik ausgestattet. Als No-Frost-Technik wird ein technisches Verfahren bezeichnet, bei welchem die Luftfeuchtigkeit in einem als Gefrierraum ausgebildeten Innenraum reduziert wird. Dadurch bereifen die Lebensmittel nicht oder deutlich reduziert und ein Abtauen des Gefrierraums kann entfallen beziehungsweise muss nur noch in deutlich reduzierten Zeitzyklen durchgeführt werden. Bei einer derartigen No-Frost-Technik liegen beispielsweise als Kühllamellen ausgebildete Kühlelemente und somit ein Wärmetauscher des Kältekreislaufs in einem abgetrennten Bereich in dem Innenraum. Während der Kühlphase wird durch einen Lüfter die kalte Luft dann von diesem abgetrennten Bereich in den Innenraum und somit den Gefrierraum eingebracht. Diese Geräte sind dabei so ausgelegt, dass Luft durch alle Fächer des Innenraums zirkuliert und als Kreislauf wieder in den abgetrennten Bereich eintritt. Da kalte Luft weniger Feuchtigkeit hält, schlägt sich diese als Reif vornehmlich nur an den Wärmetauscher des Kältekreislaufs, der sich in dem abgetrennten Bereich befindet, nieder. Es kann dann vorgesehen sein, dass in spezifischen Zeitintervallen ein Abtaumodus durchgeführt wird, in dem dieser erste Wärmetauscher in dem abgetrennten Bereich abgetaut wird. Dazu ist insbesondere eine Heizeinrichtung im No-Frost-Haushaltskältegerät vorgesehen, durch welche ein Erwärmen dieses Wärmetauschers durchgeführt wird. Die dann auftauende Eisschicht und das daraus dann entstehende Wasser kann über eine Ablaufrinne aus dem Innenraum und somit auch aus dem Gerät herauslaufen und kann in einer Sammelschale gesammelt werden, die auch als Verdunstungsbehälter dienen kann. Insbesondere ist der Lüfter in dem Abtaumodus deaktiviert, so dass der Gefrierraum weiterhin gekühlt bleibt. Durch die No-Frost-Technik wird das Vereisen von Kühlrippen deutlich reduziert und es sinkt die Luftfeuchtigkeit im gesamten Haushaltskältegerät, wodurch sich auch die Bildung von Eisschichten deutlich reduziert.
Ein No-Frost-Haushaltskältegerät ist beispielsweise aus der DE 10 2010 041 952 A1 bekannt.
Bei einem No-Frost-Haushaltskältegerät, bei dem auch ein gegenständlicher Kältespeicher, insbesondere als Behälter, vorhanden ist, in dem ein Speichermedium enthalten ist, wird dieser Kältespeicher mittels des Primär-Kältekreislaufs abgekühlt. Der bereits genannte Sekundär-Kältekreislauf, der ein Kälteträgerkreislauf (Kältesolekreislauf) ist, weist üblicherweise eine Pumpe auf, durch welche die „Kälte“ zu der No-Frost-Einheit und somit insbesondere auch im ersten Wärmetauscher gefördert wird.
Aus der GB 2 057 109 A ist ein Kältegerät mit einem Primär-Kältekreislauf, einem Sekundär-Kältekreislauf und einem Kältespeicher, mit welchem die beiden Kältekreisläufe thermisch gekoppelt sind, gezeigt.
Des Weiteren ist aus der DE 10 2011 079 208 A1 ein No-Frost-Haushaltskältegerät bekannt. Aus diesem Dokument ist auch ein Verfahren zum Abtauen eines Verdampfers und somit auch eines Wärmetauschers bekannt.
Bei den bekannten Ausgestaltungen, bei denen der Primär-Kältekreislauf mit dem Sekundär-Kältekreislauf thermisch gekoppelt ist, insbesondere im Bereich des Kältespeichers, sind primär die vorhandenen Rohrschleifen der miteinander thermisch gekoppelten Wärmetauscher des Primär-Kältekreislaufs und des Sekundär-Kältekreislaufs durch Lötverbindungen miteinander verbunden. Die thermische Kopplung der in den Rohren strömenden Medien, insbesondere Kältemittel, ist dabei jedoch stark abhängig von der Lötverbindung. Diese Lötverbindungen sind üblicherweise nur mit sehr großem Aufwand in ausreichend guter Qualität herstellbar.
Es ist darüber hinaus bekannt, dass ein Wärmetauscher mit einem Multiportextrusionsprofil (MPE-Profil) ausgebildet ist. Durch derartige Ausgestaltungen kann der Wirkungsgrad der thermischen Kopplung wesentlich verbessert werden.
Aus der WO 2014/133394 A1 ist ein derartiger Wärmetauscher mit einem Multiportextrusionsprofil bekannt. Dieser Wärmetauscher kann auch beispielsweise in einem Gefriergerät angeordnet sein. Bei diesem bekannten Wärmetauscher ist es vorgesehen, dass die beabstandet zueinander ausgebildeten Kanäle jeweils durch dünne Stege beziehungsweise plattenartige Streifen verbunden sind.
Bei diesem bekannten Wärmetauscher mit einem MPE-Profil sind nur die jeweiligen Kanäle ausgebildet und es kann durch ein derartiges plattenartiges Teil nur ein Medium geleitet werden.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Wärmetauscher bereitzustellen, bei welchem ein vorhandenes MPE-Bauteil einer thermischen Kopplungseinheit multifunktioneller ausgebildet ist.
Diese Aufgabe wird durch einen Wärmetauscher und ein Haushaltskältegerät gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst.
Ein erfindungsgemäßer Wärmetauscher ist insbesondere für einen Kältekreislaufs eines Haushaltskältegeräts ausgebildet. Der Wärmetauscher umfasst eine thermische Kopplungseinheit, mit welcher ein thermischer Energieaustausch zwischen Medien durchführbar ist. Die thermische Kopplungseinheit ist als MPE-Bauteil und somit als Multiportextrusions-Bauteil ausgebildet. Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung ist darin zu sehen, dass das MPE-Bauteil integriert ein erstes Strömungslabyrinth für ein erstes Medium, welches durch das Strömungslabyrinth strömen kann, aufweist. Das MPE-Bauteil weist darüber hinaus ebenfalls integriert ein zu dem ersten Strömungslabyrinth fluidtechnisch getrenntes beziehungsweise separiertes zweites Strömungslabyrinth auf, welches zum Durchströmen eines zweiten Mediums ausgebildet ist. Das erste Strömungslabyrinth grenzt mit Labyrinthabschnitten direkt an Labyrinthabschnitte des zweiten Strömungslabyrinths an. Die jeweiligen Labyrinthabschnitte sind so angeordnet, dass in einer Richtung des MPE-Bauteils betrachtet eine Mehrzahl von Labyrinthabschnitten des ersten Strömungslabyrinths alternierend zu einer Mehrzahl von Labyrinthabschnitten des zweiten Strömungslabyrinths angeordnet sind. Alternierend kann hier ein abwechselndes Anordnen von jeweils einem Labyrinthabschnitt der jeweiligen Strömungslabyrinthe sein. Es kann jedoch auch beispielsweise eine Reihenfolge mit einem Labyrinthabschnitt eines ersten Strömungslabyrinths und dann folgend beispielsweise zwei Labyrinthabschnitten des anderen zweiten Strömungslabyrinths und dann wieder darauf folgend einem Labyrinthabschnitt des ersten Strömungslabyrinths, insbesondere usw., ausgebildet sein. Durch diese Ausgestaltung wird ein Wärmetauscher geschaffen, der als zumindest Zwei-Medien-Wärmetauscher ausgebildet ist und die thermische Kopplung maximiert ist. Dies da die separierten Medien durch die spezifische Anordnung der Labyrinthabschnitte nächstmöglich und über eine maximale Länge zueinander ausgebildet sind. In diesem Wärmetauscher können somit zwei getrennte Medien strömen, sodass mit diesem einen Wärmetauscher zwei separate Kältekreisläufe thermisch gekoppelt werden können. Dieser eine Wärmetauscher mit der einen thermischen Kopplungseinheit ist somit sowohl Bestandteil des einen Kältekreislaufs als auch zugleich Bestandteil des anderen Kältekreislaufs.
Dazu ist gemäß der Erfindung die Ausgestaltung der thermischen Kopplungseinheit spezifiziert und das insbesondere einstückige MPE-Bauteil weist integral beide Strömungslabyrinthe, in denen sich die jeweiligen Medien getrennt voneinander bewegen können, auf. Durch eine derartige Ausgestaltung ist der Wirkungsgrad der thermischen Kopplung deutlich verbessert und es kann nunmehr auch mit einem derartigen MPE-Bauteil ein mehrfluidiges beziehungsweise ein mit mehreren Medien von unterschiedlichen Kältekreisläufen bestückter Wärmetauscher mit deutlich höherem Wirkungsgrad bezüglich seiner thermischen Energieübertragungseigenschaft bereitgestellt werden. Dazu ist es gemäß der Erfindung auch vorgesehen, dass die Labyrinthabschnitte der Strömungslabyrinthe in ganz spezifischer Weise zueinander angeordnet sind, nämlich abwechselnd zueinander positioniert sind. Dadurch lässt sich ein äußerst kompakter Aufbau dieser spezifischen thermischen Kopplungseinheit realisieren und die thermische Energieübertragung nochmals effizienter gestalten.
Insbesondere ist vorgesehen, dass das erste Strömungslabyrinth zumindest eine Sammelkammer für das erste Medium, welches in dem ersten Strömungslabyrinth strömen kann, aufweist. Eine derartige Sammelkammer ermöglicht dann auch eine umfängliche Aufnahme des Mediums in unmittelbarem Anschluss an die Labyrinthabschnitte, sodass auch stets schnell und ausreichend Medium für die Labyrinthabschnitten bereitgestellt ist, sodass auch diesbezüglich wiederum der Wirkungsgrad der thermischen Energieübertragung verbessert ist. Darüber hinaus kann in dem MPE-Bauteil selbst ein in den Labyrinthabschnitten nicht benötigtes Medium gesammelt beziehungsweise gelagert werden und steht dann auch bedarfsgerecht in unmittelbarer Nähe zu den Labyrinthabschnitten zur Verfügung. Die Labyrinthabschnitte des ersten Strömungslabyrinths münden dann in dem MPE-Bauteil direkt in diese Sammelkammer. Insbesondere ist zumindest eine Sammelkammer und zumindest eine Verteilerkammer vorgesehen. Die auch als Header bezeichnete Verteilerkammer ist für eine gleichmäßige Verteilung des Mediums ausgebildet. Insbesondere sind an beiden Enden des MPE-Bauteils jeweils zwei Sammelkammern und zwei Verteilerkammern ausgebildet, wobei die jeweiligen Labyrinthabschnitte in die Kammern münden.
Entsprechendes kann auch mit zumindest einer zweiten Sammelkammer vorgesehen sein, die mit dem zweiten Strömungslabyrinth verbunden ist.
Vorzugsweise sind die Sammelkammern an gegenüberliegenden Enden des MPE-Bauteils ausgebildet. Insbesondere ist das MPE-Bauteil symmetrisch ausgebildet. Dadurch kann eine gleichmäßige Gewichtsverteilung geschaffen werden, sodass der Wärmetauscher und insbesondere die thermische Kopplungseinheit nicht einseitig gewichtsbelastet ist. Die Montage und die mechanisch stabile Halterung sind dadurch begünstigt. Darüber hinaus kann gerade durch diese Ausgestaltung in Verbindung mit den kaskadierten beziehungsweise alternierend angeordneten Labyrinthabschnitten ein strömungstechnischer Vorteil erzielt werden. Denn sowohl das Einleiten der jeweiligen Medien aus den Sammelkammern in die Labyrinthabschnitte als auch das Sammeln des jeweiligen Mediums aus den jeweiligen Labyrinthabschnitten in den Sammelkammern ist dann vereinfacht und begünstigt wiederum die thermische Energieübertragung.
Insbesondere sind Labyrinthabschnitte und somit die MPE-Abschnitte des MPE-Bauteils des ersten Strömungslabyrinths geradlinig und parallel zueinander angeordnet. Unter einem Labyrinth werden somit auch Ausgestaltungen verstanden, bei denen die Labyrinthabschnitte nicht gekrümmt sind. Zusätzlich oder anstatt dazu kann vorgesehen sein, dass Labyrinthabschnitte somit die MPE-Abschnitte des MPE-Bauteils des zweiten Strömungslabyrinths geradlinig sind und parallel zueinander angeordnet sind.
Es kann auch vorgesehen sein, dass Labyrinthabschnitte des ersten Strömungslabyrinths mäanderförmig angeordnet sind und/oder Labyrinthabschnitte des zweiten Strömungslabyrinths mäanderförmig angeordnet sind. Es kann dann den Bedürfnissen bezüglich der jeweiligen baulichen Ausgestaltungen des Wärmetauschers sowie dessen baulicher Beschränkungen insbesondere in einem Haushaltskältegerät vielfältigst individuell Rechnung getragen werden. Insbesondere kann dann auch situationsabhängig eine jeweilige individuelle Länge des Wärmetauschers zur Verfügung gestellt werden.
Es kann auch vorgesehen sein, dass Labyrinthabschnitte des ersten Strömungslabyrinths spiralförmig angeordnet sind und/oder Labyrinthabschnitte des zweiten Strömungslabyrinths spiralförmig angeordnet sind. Auch in dem Zusammenhang gelten für diese spezifischen Geometrien der Labyrinthabschnitte die oben genannten Vorteile, die dann bei jeweiliger individueller Verbauart vorrangig sein können.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass Querschnitte der Labyrinthabschnitte des MPE-Bauteils abhängig von den durch die Strömungslabyrinthe vorgesehenen strömenden Medien ausgebildet sind. Da es unterschiedliche Medien, insbesondere Kältemittel, gibt, kann durch diese Ausgestaltung auch dann der Grad der thermischen Energieübertragung nochmals verbessert werden. Abhängig von der jeweiligen Zusammensetzung eines Mediums oder beider Medien können dann individuell die Wanddicken der Labyrinthabschnitte ausgebildet werden, sodass für die Materialpaarung der Medien einerseits und das Material des MPE-Bauteils andererseits, insbesondere an den Wänden, eine bestmögliche thermische Energieübertragung erreicht wird.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die thermische Kopplungseinheit aus Metall, insbesondere Aluminium, als MPE-Bauteil ausgebildet ist.
Es kann vorgesehen sein, dass eine Außenseite des MPE-Bauteils aus einem korrosionsbeständigen Material ausgebildet ist. Dies ist eine sehr vorteilhafte Ausführung gerade dann, wenn der Wärmetauscher zur thermischen Kopplung von zwei separaten Kältekreisläufen insbesondere in einem Haushaltskältegerät angeordnet ist und darüber hinaus in direktem Kontakt mit einem den Wärmetauscher umgebenden Speichermedium in einem Kältespeicher dieses Haushaltskältegeräts angeordnet ist. Da ein derartiges Speichermedium beispielsweise eine Salzlösung sein kann, ist gerade dann eine derartige Ausgestaltung mit einem korrosionsbeständigen Material besonders vorteilhaft. Eine Langlebigkeit bei uneingeschränkter Funktionalität des Wärmetauschers ist dadurch erreicht.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Außenseite mit einer korrosionsbeständigen Beschichtung versehen ist. Dadurch kann unabhängig von der Materialzusammensetzung des MPE-Bauteils, welches vorzugsweise Aluminium ist, eine bedarfsgerechte und der jeweiligen Situation angepasste Korrosionsschutzschicht aufgebracht werden. Diese kann dann im Hinblick auf das Einsatzgebiet dieses Wärmetauschers und insbesondere dem Speichermedium, mit welchem die Außenseite des Wärmetauschers in Berührung kommt, im Hinblick auf die Schichtdicke und/oder auf die materielle Zusammensetzung dieser Beschichtung individuell ausgebildet werden.
Es kann auch vorgesehen sein, dass eine Wärmetauschervorrichtung ausgebildet ist, die aus zumindest zwei Wärmetauschern gemäß der Erfindung oder einer vorteilhaften Ausführung davon aufgebaut ist.
Des Weiteren betrifft die Erfindung auch ein Haushaltskältegerät mit einem Wärmetauscher gemäß der Erfindung oder einer vorteilhafte Ausgestaltung davon.
Vorzugsweise ist das Haushaltskältegerät ein No-Frost-Haushaltskältegerät. Dieses weist ein Gehäuse auf, in dem ein Innenraum zur Aufnahme von Lebensmitteln ausgebildet ist. Das No-Frost-Haushaltskältegerät umfasst einen Primär-Kältekreislauf, der mit einer Wärmetauschereinheit mit einem Kältespeicher des No-Frost-Haushaltskältegeräts thermisch gekoppelt ist. Das No-Frost-Haushaltskältegerät umfasst darüber hinaus einen Sekundär-Kältekreislauf, der mit einer weiteren Wärmetauschereinheit ebenfalls mit dem Kältespeicher thermisch gekoppelt ist und zur Kühlung des Innenraums ausgebildet ist und dazu mit dem Innenraum gekoppelt ist. Diese beiden Wärmetauschereinheiten der beiden Kältekreisläufe sind durch den Wärmetauscher gemäß der Erfindung oder einer vorteilhaften Ausgestaltung ausgebildet.
Der Wärmetauscher ist in dem Kältespeicher angeordnet und von einem im Kältespeicher enthaltenen Speichermedium umgeben.
Bei einer derartigen Ausgestaltung ist der erfindungsgemäße Wärmetauscher oder eine vorteilhafte Ausgestaltung davon dann ein Drei-Medien-Wärmetauscher. Es werden durch die Labyrinthabschnitte des MPE-Bauteils zwei Medien, insbesondere Kältemittel, – das eine, welches im Primär-Kreislauf vorhanden ist und das andere, welches in dem Sekundär-Kreislauf vorhanden ist –, thermisch gekoppelt. Dies kann auch über das dritte Medium, nämlich das Speichermedium, erfolgen. Die zwei in den Labyrinthabschnitten des Wärmetauschers strömenden Medien werden im Gleichstrom oder im Gegenstrom zueinander geleitet. Aufgrund der Anordnung der Labyrinthabschnitte werden diese beiden Medien in alternierender Reihenfolge durch die Kanäle beziehungsweise Labyrinthabschnitte geleitet.
Die genannten Sammelkammern können jeweils über einen zentralen Anschluss mit jeweils einem der beiden Medien gespeist werden. Auch eine beidseitige Beschickung der Verteilerkammern ist möglich und für eine gleichmäßige Verteilung der Medien vorteilhaft. Durch die Ausgestaltung der Kopplungseinheit aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit, beispielsweise Aluminium, wird auch der Wärmewiderstand zwischen den Medien gering gehalten. In dem Sekundär-Kältekreislauf ist insbesondere eine Förderpumpe geschaltet, um das im Sekundär-Kältekreislauf befindliche Medium zu zirkulieren. Es kann auch ein sogenannter Naturumlauf ohne Förderpumpe vorgesehen sein. Das Speichermedium des Kältespeichers ist an einen als Verdampfer ausgebildeten Wärmetauscher des Primär-Kältekreislaufs gekoppelt, was insbesondere ein Strömungslabyrinth des MPE-Bauteils ist. Ist die Pumpe des Sekundär-Kältekreislaufs abgeschaltet und der Primär-Kältekreislauf in Betrieb, wird das Speichermedium des Kältespeichers durch den Verdampfer des Primär-Kältekreislaufs gekühlt. Ist diese Förderpumpe eingeschaltet, wird die „Kälte“ vom Verdampfer des Primär-Kältekreislaufs über den Sekundär-Kältekreislauf abtransportiert. Ist der Primär-Kältekreislauf und damit dessen Verdampfer abgeschaltet, wird bei eingeschalteter Pumpe des Sekundär-Kältekreislaufs die „Kälte“ aus dem Speichermedium des Kältespeichers über den Sekundär-Kältekreislauf abtransportiert.
Durch eine geeignete Geometriewahl der Labyrinthabschnitte, beispielsweise mäanderförmig oder spiralförmig, kann die Strecke für den Wärmetransport im Speichermedium des Kältespeichers möglichst klein gehalten werden. Dadurch ist ein schnelles Beladen und Entladen des üblicherweise schlecht wärmeleitenden Speichermediums möglich, wodurch die Laufzeit und somit der Energieverbrauch des Primär-Kältekreislaufs und auch des Sekundär-Kältekreislaufs – da eine gute Übertragung der „Kälte“ aus dem Speichermedium in den Sekundär-Kältekreislauf erzielt wird – reduziert wird.
Es kann auch vorgesehen sein, dass mehr als zwei Kältekreisläufe eines Geräts gekoppelt sind, beispielsweise ein Kältemittelkreislauf und zwei separate (sensible) Kreise für ein Kühlfach und ein Gefrierfach eines Haushaltskältegeräts.
Vorzugsweise ist das MPE-Bauteil als stranggepresstes Halbzeug ausgebildet.
Mit den Angaben „oben“, „unten“, „vorne“, „hinten, „horizontal“, „vertikal“, „Tiefenrichtung“, „Breitenrichtung“, „Höhenrichtung“ sind die bei bestimmungsgemäßen Gebrauch und bestimmungsgemäßem Anordnen des Geräts und bei einem dann vor dem Gerät stehenden und in Richtung des Geräts blickenden Beobachter gegebenen Positionen und Orientierungen angegeben.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen, sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es sind somit auch Ausführungen von der Erfindung als umfasst und offenbart anzusehen, die in den Figuren nicht explizit gezeigt und erläutert sind, jedoch durch separierte Merkmalskombinationen aus den erläuterten Ausführungen hervorgehen und erzeugbar sind. Es sind auch Ausführungen und Merkmalskombinationen als offenbart anzusehen, die somit nicht alle Merkmale eines ursprünglich formulierten unabhängigen Anspruchs aufweisen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Haushaltskältegeräts;
2 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Kältekreislaufs des Haushaltskältegeräts gemäß 1; und
3 eine schematische perspektivische und teilweise transparent dargestellte Ausgestaltung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers.
In den Figuren werden gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
In 1 ist in einer schematischen Darstellung ein Haushaltskältegerät 1 gezeigt, welches ein No-Frost-Haushaltskältegerät ist. Das Haushaltskältegerät 1 umfasst einen Innenbehälter 2, der durch Wände einen ersten Innenraum 3, der ein Gefrierraum ist, und einen zweiten Innenraum 4, der ein Kühlraum ist, begrenzt. Der Innenraum 3 ist von dem Innenraum 4 separiert. Der Innenraum 3 ist durch eine Tür 5 frontseitig verschließbar. Davon unabhängig ist eine Tür 6 ausgebildet, die zum Verschließen des Innenraums 4 ausgebildet ist.
Der Innenraum 3 dient beispielsweise zum Tiefgefrieren von Lebensmitteln. Auch in dem Innenraum 4 können Lebensmittel eingebracht werden, jedoch im Vergleich zum Innenraum 3 bei höheren Temperaturen, insbesondere bei Temperaturen größer 0°C.
Der Innenbehälter 2 ist in einem Gehäuse 7 des Haushaltskältegeräts 1 angeordnet.
In 2 ist in einer vereinfachten schematischen Darstellung ein Kältekreislauf des Haushaltskältegeräts 1 gezeigt. Der Kältekreislauf umfasst im gezeigten Beispiel einen Primär-Kältekreislauf 8, der ein in sich geschlossener Kältekreislauf ist. Der Primär-Kältekreislauf 8 ist ein Kompressor-Kältekreislauf. Der Primär-Kältekreislauf 8 umfasst eine erste Wärmetauschereinheit 9, die einen Verdampfer bildet. Darüber hinaus umfasst das Haushaltskältegerät 1 einen von dem Primär-Kältekreislauf 8 separaten Sekundär-Kältekreislauf 10. Der Sekundär-Kältekreislauf 10 ist thermisch mit dem Primär-Kältekreislauf 8 gekoppelt. In einem Kältespeicher 11, der einen Behälter umfasst, ist der Primär-Kältekreislauf 8 und der Sekundär-Kältekreislauf 10 an das Speichermedium 12 gekoppelt.
Der Sekundär-Kältekreislauf 10 umfasst darüber hinaus einen ersten Wärmetauscher 13, der Kälte überträgt und thermisch mit dem Innenraum 3 und auch dem Innenraum 4 gekoppelt ist. Dazu ist ein Bereich 14 ausgebildet, in den der erste Wärmetauscher 13 angeordnet ist und durch eine Trennwand 15 von dem restlichen Innenraum 3 und dem Innenraum 4 separiert ist. In der Trennwand 15 sind Öffnungen vorgesehen, durch welche mittels eines Lüfters 16 kalte Luft aus dem Bereich 14 in den restlichen Innenraum 3 und dem Innenraum 4 gefördert wird und über weitere Öffnungen in der Trennwand 15 Luft von dem Innenraum 3 und dem Innenraum 4 wiederum in den Bereich 14 gelangt.
Der Sekundär-Kältekreislauf 10 umfasst darüber hinaus eine Förderpumpe 17, mittels welcher das in dem Sekundär-Kältekreislauf 10 vorhandene Kältemittel zirkuliert wird. Der Sekundär-Kältekreislauf 10 umfasst darüber hinaus eine Wärmetauschereinheit 20, welche mit der Wärmetauschereinheit 9 des Primär-Kältekreislaufs 8 thermisch gekoppelt ist.
Die beiden Wärmetauschereinheiten 9 und 20 sind als ein einziger Wärmetauscher 18 ausgebildet. Dieser Wärmetauscher 18 umfasst eine thermische Kopplungseinheit 19, wie sie in vereinfachter perspektivischer Darstellung in 3 gezeigt ist. Die Darstellung in 3 ist lediglich schematisch zu verstehen und zeigt auch teilweise einen aufgebrochenen beziehungsweise transparenten Zustand der thermischen Kopplungseinheit 19. Die thermische Kopplungseinheit 19 ist als MPE-Bauteil einstückig ausgebildet und insbesondere aus Aluminium gebildet.
Dieses MPE-Bauteil weist integriert ein erstes Strömungslabyrinth 21 mit beispielhaften Labyrinthabschnitten 22, 23 und 24 auf. In diesem ersten Strömungslabyrinth 21 strömt ein erstes Medium beziehungsweise Kältemittel, welches das Medium des Primär-Kältekreislaufs 8 ist. Das erste Strömungslabyrinth 21 umfasst darüber hinaus zumindest eine Sammelkammer 25, die in diesem MPE-Bauteil integriert ausgebildet ist.
Darüber hinaus ist in diesem MPE-Bauteil integriert ein zweites Strömungslabyrinth 26 ausgebildet, welches Labyrinthabschnitte 27, 28 und 29 umfasst. Darüber hinaus umfasst das zweite Strömungslabyrinth 26 zumindest eine Sammelkammer 30. In der Sammelkammer 30 und in den Labyrinthabschnitten 27 bis 29 strömt ein weiteres Medium beziehungsweise Kältemittel, welches das Kältemittel des Sekundär-Kältekreislaufs 10 ist. Die beiden Strömungslabyrinthe 21 und 26 sind fluidtechnisch voneinander entkoppelt, sodass die Medien nicht in direkten Kontakt miteinander gelangen. Wie in dem Beispiel in 3 schematisch gezeigt ist, sind die Labyrinthabschnitte als geradlinige Elemente ausgebildet, die auch parallel zueinander angeordnet sind. Darüber hinaus ist vorgesehen, dass die Labyrinthabschnitte 21 bis 24 in einer Erstreckungsrichtung der Kopplungseinheit 19, hier in der x-Richtung, welche die Breitenrichtung darstellt, alternierend zueinander angeordnet sind. Dies bedeutet, dass in dieser x-Richtung jeweils auf einem Labyrinthabschnitt 22, 23, 24 des ersten Strömungslabyrinths 21 ein Labyrinthabschnitt 27, 28, 29 des zweiten Strömungslabyrinths 26 folgend angeordnet ist. Die Labyrinthabschnitte 22 bis 24 sowie 27 bis 29 können auch anderweitige Verläufe aufweisen, beispielsweise mäanderförmig oder spiralförmig ausgebildet sein. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass zusätzlich zu diesen geradlinigen Labyrinthabschnitten 22 bis 24 sowie 27 bis 29 jeweils weitere Labyrinthabschnitte vorgesehen sind, die dann mäanderförmig oder spiralförmig sind.
Darüber hinaus ist vorgesehen, dass dieser zumindest Zwei-Medien-Wärmetauscher 18, insbesondere der Drei-Medien-Wärmetauscher 18, an einer Außenseite 31, die in Kontakt mit dem Speichermedium 12 gelangt, aus einem korrosionsbeständigen Material ausgebildet ist, insbesondere mit einer korrosionsbeständigen Beschichtung versehen ist.
Darüber hinaus sind Wanddicken von Wänden, die benachbarte Labyrinthabschnitte begrenzen, individuell ausgebildet und zwar abhängig davon, welche Medien in den Labyrinthabschnitten 21 bis 24 einerseits und 27 bis 29 andererseits strömen. Entsprechendes kann für Wanddicken von Wänden vorgesehen sein, die direkt mit dem dritte Medium, nämlich dem Speichermedium 12 in Kontakt treten.
Bezugszeichenliste

1: Haushaltskältegerät
2: Innenbehälter
3: Innenraum
4: Innenraum
5: Tür
6: Tür
7: Gehäuse
8: Primär-Kältekreislauf
9: Wärmetauschereinheit
10: Sekundär-Kältekreislauf
11: Kältespeicher
12: Speichermedium
13: Wärmetauscher
14: Bereich
15: Trennwand
16: Lüfter
17: Förderpumpe
18: Wärmetauscher
19: thermische Kopplungseinheit
20: Wärmetauschereinheit
21: erstes Strömungslabyrinth
22: Labyrinthabschnitt
23: Labyrinthabschnitt
24: Labyrinthabschnitt
25: Sammelkammer
26: zweites Strömungslabyrinth
27: Labyrinthabschnitt
28: Labyrinthabschnitt
29: Labyrinthabschnitt
30: Sammelkammer
31: Außenseite

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102010041952 A1 [0003]
GB 2057109 A [0005]
DE 102011079208 A1 [0006]
WO 2014/133394 A1 [0009]

Claims

Wärmetauscher (18), insbesondere für einen Kältekreislauf eines Haushaltskältegeräts (1), welcher eine thermische Kopplungseinheit (19) aufweist, mit welcher ein thermischer Energieaustausch zwischen Medien durchführbar ist, und welche als MPE-Bauteil ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das MPE-Bauteil integriert ein erstes Strömungslabyrinth (21) für ein erstes Medium aufweist, und ein dazu getrenntes zweites Strömungslabyrinth (26) für ein zweites Medium aufweist, welches mit Labyrinthabschnitten (27, 28, 29) direkt an Labyrinthabschnitte (22, 23, 24) des ersten Strömungslabyrinths (21) angrenzt, und die Labyrinthabschnitte (22, 23, 24, 27, 28, 29) so angeordnet sind, dass in einer Erstreckungsrichtung des MPE-Bauteils betrachtet eine Mehrzahl von Labyrinthabschnitten (22, 23, 24) des ersten Strömungslabyrinths (21) alternierend zu einer Mehrzahl von Labyrinthabschnitten (27, 28, 29) des zweiten Strömungslabyrinths (26) angeordnet sind.
Wärmetauscher (18) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (18) eine erste Sammelkammer (25) für das erste Medium, welches im dem ersten Strömungslabyrinth (21) strömen kann, aufweist, an welche die Labyrinthabschnitte (22, 23, 24) des ersten Strömungslabyrinths (21) münden.
Wärmetauscher (18) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (18) eine zweite Sammelkammer (30) für das zweite Medium, welches im dem zweiten Strömungslabyrinth (26) strömen kann, aufweist, an welche die Labyrinthabschnitte (27, 28, 29) des zweiten Strömungslabyrinths (26) münden.
Wärmetauscher (18) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Sammelkammern (25, 30) an gegenüberliegenden Enden des MPE-Bauteils ausgebildet sind.
Wärmetauscher (18) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Labyrinthabschnitte (22, 23, 24) des ersten Strömungslabyrinths (21) geradlinig sind und parallel zueinander angeordnet sind und/oder Labyrinthabschnitte (27, 28, 29) des zweiten Strömungslabyrinths (26) geradlinig sind und parallel zueinander angeordnet sind.
Wärmetauscher (18) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Labyrinthabschnitte (22, 23, 24) des ersten Strömungslabyrinths (21) mäanderförmig angeordnet sind und/oder Labyrinthabschnitte (27, 28, 29) des zweiten Strömungslabyrinths (26) mäanderförmig angeordnet sind.
Wärmetauscher (18) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Labyrinthabschnitte (22, 23, 24) des ersten Strömungslabyrinths (21) spiralförmig angeordnet sind und/oder Labyrinthabschnitte (27, 28, 29) des zweiten Strömungslabyrinths (26) spiralförmig angeordnet sind.
Wärmetauscher (18) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Wanddicken von die Labyrinthabschnitte (22, 23, 24, 27, 28, 29) zueinander begrenzenden Wände des MPE-Bauteils abhängig von den durch die Strömungslabyrinthe (21, 26) vorgesehenen strömenden Medien ausgebildet sind und/oder Wanddicken von nach außen freiliegenden Wänden der Labyrinthabschnitte (22, 23, 24, 27, 28, 29) abhängig von mit diesen Wänden kontaktierbaren weiteren Medien ausgebildet sind.
Wärmetauscher (18) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Koppeleinheit (19) aus Aluminium als MPE-Bauteil ausgebildet ist.
Wärmetauscher (18) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Außenseite (31) des MPE-Bauteils aus einem korrosionsbeständigen Material ausgebildet ist.
Wärmetauscher (18) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenseite (31) mit einer korrosionsbeständigen Beschichtung versehen ist.
Haushaltskältegerät (1) mit einem Wärmetauscher (18) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Haushaltskältegerät (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass es ein No-Frost-Haushaltskältegerät (1) ist, welches mit einem Gehäuse (7), in dem ein Innenraum (3, 4) zur Aufnahme von Lebensmitteln ausgebildet ist, und welches mit einem Primär-Kältekreislauf (8) ausgebildet ist, der mit einer Wärmetauschereinheit (9) mit einem Kältespeicher (11) thermisch gekoppelt ist, und welches mit einem Sekundär-Kältekreislauf (10) ausgebildet ist, der mit einer weiteren Wärmetauschereinheit (20) mit dem Kältespeicher (11) thermisch gekoppelt ist und zur Kühlung des Innenraums (3, 4) ausgebildet und dazu mit dem Innenraum (3, 4) thermisch gekoppelt ist, wobei die beiden Wärmetauschereinheiten (9, 20) durch den einen Wärmetauscher (18) gebildet sind.
Haushaltskältegerät (1) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (18) in dem Kältespeicher (11) angeordnet ist und von einem im Kältespeicher (11) enthaltenen Speichermedium (12) umgeben ist.