DE102011079762A1

DE102011079762A1 - Wärmetauscher für ein kältegerät, verfahren zur herstellung eines wärmetauschers sowie kältegerät

Info

Publication number: DE102011079762A1
Application number: DE102011079762A
Authority: DE
Inventors: Adolf Feinauer; Dr. Holzer Stefan
Original assignee: BSH Bosch und Siemens Hausgeraete GmbH
Current assignee: BSH Hausgeraete GmbH
Priority date: 2011-07-25
Filing date: 2011-07-25
Publication date: 2013-01-31
Also published as: WO2013013997A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher (36) für ein Kältegerät (10), insbesondere für ein Haushalts-Kältegerät, der eine Kältemittelleitung (34) aufweist. Die Kältemittelleitung (34) hat eine im Gebrauch von einem Kältemittel (32) durchflossene Strömungsquerschnittsfläche (56). Weiter weist die Kältemittelleitung (34) eine Verengung zum Verkleinern der Strömungsquerschnittsfläche (56) auf. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Herstellung des Wärmetauschers (36) sowie ein Kältegerät (10), das mit einem solchen Wärmetauscher (36) ausgestattet ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher für ein Kältegerät, insbesondere für ein Haushalts-Kältegerät, der eine Kältemittelleitung aufweist. Weiter betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Wärmetauschers sowie ein Kältegerät, das mit einem solchen Wärmetauscher ausgestattet ist.
Unter einem Kältegerät wird insbesondere ein Haushalts-Kältegerät verstanden, also ein Kältegerät, das zur Haushaltsführung in Haushalten oder eventuell auch im Gastronomiebereich eingesetzt wird und insbesondere dazu dient, Lebensmittel und/oder Getränke in haushaltsüblichen Mengen bei bestimmten Temperaturen zu lagern, wie beispielsweise ein Kühlschrank, ein Gefrierschrank, eine Kühl-Gefrier-Kombination, eine Getriertruhe oder ein Weinlagerschrank.
Als Wärmetauscher ohne Zwangsbelüftung werden heute meist Blechwandverflüssiger oder Drahtrohrverflüssiger eingesetzt, wie sie beispielsweise in der WO 2007/124705 A1 oder EP 1 460 357 B1 beschrieben sind. In beiden Fällen findet aus Kostengründen, unabhängig von der Verdichterleistung und dem Massenstrom, ein Stahlrohr mit zumeist 4,76 mm Außendurchmesser und 3,3 mm Innendurchmesser, d.h. mit 8,54 mm² Strömungsquerschnittsfläche, Verwendung.
Bei einem Drahtrohrverflüssiger werden Drähte auf ein Rohr der Kältemittelleitung aufgeschweißt, weshalb eine ausreichende Wanddicke des Rohres vorteilhaft ist. Bei einem Blechwandverflüssiger wird die Kältemittelleitung auf einem Metallblech angeordnet. Sowohl das Metallblech als auch die Drähte, die in Kontakt mit der Kältemittelleitung stehen, verbessern die Wärmeabgabe an die Umgebung.
Alternativ kann die Kältemittelleitung als sogenannter Skin-Verflüssiger direkt an einer Gehäusewand des Kältegerätes angebracht sein.
Durch Fortschreiten der Effizienzoptimierung der Kältegeräte wird der innerhalb der Kältemittelleitung fließende Massenstrom immer weiter verringert. Dies hat zur Folge, dass der Wärmeübergang auf der Innenseite der Kältemittelleitung durch die Reduzierung der Strömungsgeschwindigkeiten verschlechtert wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen verbesserten Wärmetauscher für ein Kältegerät vorzuschlagen.
Diese Aufgabe wird mit einem Wärmetauscher mit der Merkmalskombination des Anspruchs 1 gelöst.
Ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Wärmetauschers sowie ein Kältegerät, das mit einem solchen Wärmetauscher ausgestattet ist, sind Gegenstand der Nebenansprüche.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Ein Wärmetauscher für ein Kältegerät, insbesondere für ein Haushalts-Kältegerät, weist eine Kältemittelleitung auf. Die Kältemittelleitung hat eine im Gebrauch von einem Kältemittel durchflossene Strömungsquerschnittsfläche. Eine Verengung ist zum Verkleinern der Strömungsquerschnittsfläche vorgesehen.
Bei den bekannten Verflüssigern wird eine Kältemittelleitung mit einer großen Strömungsquerschnittsfläche verwendet. Bei hoher Effizienz des Kältegerätes fließt durch die Strömungsquerschnittsfläche nur eine geringe Menge an Kältemittel mit einer geringen Strömungsgeschwindigkeit. Dadurch wird nur ein geringer Teil einer Wand der Kältemittelleitung mit einem relativ dicken Kältemittelfilm benetzt. Dies resultiert in einem verschlechterten Wärmeübergang von Kältemittel auf Wand und wirkt sich damit negativ auf die Effizienz von Wärmetauscher und Kältegerät aus.
Ist der Wärmetauscher jedoch verengt, wird die geringe Menge an Kältemittel durch eine verkleinerte Strömungsquerschnittsfläche geleitet und dadurch die Strömungsgeschwindigkeit erhöht. Der Kältemittelfilm wird dünner, so dass sich eine bessere Wärmeübertragung von dem Kältemittel auf die Wand der Kältemittelleitung ergibt.
Ein zusätzlicher Vorteil einer verkleinerten Strömungsquerschnittsfläche besteht darin, dass das Speichervolumen in der Kältemittelleitung, d.h. die Menge an in der Kältemittelleitung stehendem Kältemittel, verkleinert wird. Insbesondere bei Kältegeräten mit Start-Stopp-Automatik, bei denen der Verdichter regelmäßig abgeschaltet wird, herrscht ein Temperaturunterschied des Kältemittels, das sich im Inneren des Verflüssigers befindet, zu dem Kältemittel, das sich im Inneren des Verdampfers befindet. Durch diesen Temperaturunterschied und dem damit resultierenden Druckunterschied tritt Kältemittel aus dem Verflüssiger in den Verdampfer über. Da das Kältemittel aus dem Verflüssiger wärmer ist als das Kältemittel in dem Verdampfer, bewirkt dieser Übertritt eine Erwärmung des eigentlich zu kühlenden Inneren des Kältegerätes.
Durch die verringerte Strömungsquerschnittsfläche wird gleichzeitig auch die Menge an Kältemittel verringert, die von dem Verflüssiger in den Verdampfer übertreten könnte. Dadurch ergibt sich eine weitere Effizienzsteigerung des Kältegerätes.
Zum Schaffen der Verengung gibt es unterschiedliche Möglichkeiten, die alternativ oder kumuliert in beliebigen Kombinationen vorhanden sein können.
Besonders bevorzugt ist eine Verkleinerungseinrichtung im Inneren der Kältemittelleitung angeordnet. Wird beispielsweise ein Kern in das Innere der Kältemittelleitung eingeschoben, verringert sich die Strömungsquerschnittsfläche, durch die das Kältemittel fließen kann. Das Kältemittel wird so gezwungen, vorzugsweise einen größeren Teil der Wand der Kältemittelleitung zu benetzen.
Daher ist es auch von Vorteil, wenn die Verkleinerungseinrichtung zum Umspültwerden mit dem Kältemittel angeordnet ist.
Vorteilhaft weist die Verkleinerungseinrichtung ein flexibles Element mit gleicher Querschnittsform wie die der Kältemittelleitung auf. So ist es vorteilhaft besonders einfach, die Verkleinerungseinrichtung nachträglich in die Kältemittelleitung einzuführen.
Alternativ oder zusätzlich zur Verkleinerungseinrichtung kann eine Verengung aber auch dadurch geschaffen werden, dass ein Rohr mit kleinerem Durchmesser verwendet wird.
Beispielsweise kann statt des üblichen Kältemittelleitungsrohres mit einem Durchmesser von 4,75 mm ein Kältemittelleitungsrohr mit einem Durchmesser von 4,0 mm verwendet werden. Bevorzugt ist eine kleine Strömungsquerschnittsfläche, die insbesondere kleiner als 8,54 mm² ist. Bevorzugt ist die Strömungsquerschnittsfläche um 20%, besonders bevorzugt um 40% kleiner als 8,54 mm².
Eine weitere Möglichkeit zum Schaffen einer Verengung liegt in einer Gestaltung der Querschnittsform der Kältemittelleitung.
In bevorzugter Ausgestaltung weist die Kältemittelleitung eine Abflachung auf. Ist die Kältemittelleitung, beispielsweise durch nachträgliches Pressen mit einem Presswerkzeug, vorzugsweise mit einer elliptischen Strömungsquerschnittsfläche versehen, kann trotz einer ursprünglich großen Strömungsquerschnittsfläche ein für die Wärmeübertragungseffizienz günstiges Strömungsprofil geschaffen werden.
Die Verengung kann lokal an einer oder mehreren Stellen vorliegen oder sie kann sich über zumindest einen Teilbereich der Länge der Kältemittelleitung oder über die gesamte Länge erstrecken.
Vorzugsweise ist weiter eine Vergrößerungseinrichtung zum Vergrößern einer Wärmeabgabefläche zwischen Kältemittelleitung und einer Wärmeübertragungseinrichtung zum Übertragen von Wärme von der Kältemittelleitung an eine Umgebung vorgesehen. So steht vorzugsweise ein größerer Teil der Wärmeübertragungseinrichtung in thermischem Kontakt mit der Kältemittelleitung und auch die Wärmeübertragungseffizienz von Wand auf Umgebung wird verbessert.
Die Vergrößerungseinrichtung ist vorteilhaft an der Außenseite der Kältemittelleitung angeordnet. Damit kann die Vergrößerungseinrichtung vorzugsweise auch nach Fertigstellung des Wärmetauschers noch an die Kältemittelleitung angebracht werden.
Beispielsweise kann die Vergrößerungseinrichtung eine Wärmespeichermasse umfassen. Diese ist besonders bevorzugt aus Bitumen gebildet. Die Wärmespeichermasse ist fähig, eine große Wärmemenge aus der Kältemittelleitung aufzunehmen und somit schnell von den Wänden der Kältemittelleitung abzuführen. Sie speichert dann vorteilhaft die Wärme und kann sie über einen längeren Zeitraum an die Umgebung abgeben.
Weiter vorteilhaft umfasst die Vergrößerungseinrichtung eine Wärmeleiteinrichtung. Diese Wärmeleiteinrichtung ist in besonders bevorzugter Ausgestaltung ein Metallband und insbesondere eine Aluminium-Band. Über die Wärmeleiteinrichtung wird vorzugsweise schnell Wärme von der Kältemittelleitung abgeführt und an die Wärmeübertragungseinrichtung abgegeben.
In besonders bevorzugter Ausgestaltung ist die Vergrößerungseinrichtung wenigstens teilweise zum Ummanteln der Kältemittelleitung angeordnet. Umschließt beispielsweise die Wärmespeichermasse und/oder die Wärmeleiteinrichtung die Kältemittelleitung, steht vorteilhaft ein größerer Anteil der Kältemittelleitungswand sowohl mit der Umgebung als auch mit der Wärmeübertragungseinrichtung in Kontakt und Wärme kann so schnell von der Kältemittelleitung abgeführt werden.
Besonders bevorzugt ist die Vergrößerungseinrichtung zum Befestigen der Kältemittelleitung an einer Gehäusewand des Kältegeräts ausgebildet. Dies kann beispielsweise durch Verwendung des bereits genannten Aluminium-Bandes oder des Bitumens als Klebematerial verwirklicht werden.
Ein Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers weist die folgenden Schritte auf:

a) Bereitstellen einer Kältemittelleitung mit einer Strömungsquerschnittsfläche;
b) Verkleinern der Strömungsquerschnittsfläche.

Vorteilhaft weist dabei der Schritt b) wenigstens einen der folgenden Schritte auf:

b1) Abflachen der Kältemittelleitung; und/oder
b2) Einschieben eines Verkleinerungselements in ein Inneres der Kältemittelleitung. Vorteilhaft ist der Schritt c) Befestigen der Kältemittelleitung an einer Wärmeübertragungseinrichtung oder an einer Gehäusewand des Kältegerätes vorgesehen.

In besonders bevorzugter Ausgestaltung wird in einem Schritt d) die Kältemittelleitung mit einer Wärmeleiteinrichtung und/oder einer Wärmespeichermasse ummantelt.
Sämtliche Schritte b1), b2) und d) können vorteilhaft nachträglich nach Herstellen des Wärmetauschers durchgeführt werden. Beispielsweise kann die Kältemittelleitung dadurch abgeflacht werden, dass ein Presswerkzeug verwendet wird, das Ausschnitte für die Drähte eines Drahtrohrverflüssigers aufweist. Damit wird lediglich das Rohr der Kältemittelleitung abgeflacht und elliptisch verformt, während die Drähte vorzugsweise unbeeinflusst durch das Presswerkzeug bleiben.
Auch das Einschieben einer Verkleinerungseinrichtung kann vorteilhaft nach Herstellen des Wärmetauschers durchgeführt werden, insbesondere dann, wenn ein flexibles Element verwendet wird, das die gleiche Querschnittsform wie die Kältemittelleitung aufweist.
Auch ein Ummanteln der Kältemittelleitung durch Beschichtung mit beispielsweise Bitumen als Wärmespeichermasse oder durch Aufkleben beispielsweise eines Aluminium-Bandes als Wärmeleiteinrichtung kann vorzugsweise nachträglich erfolgen.
Ein Kältegerät, insbesondere ein Haushalts-Kältegerät, weist ein Gehäuse mit wenigstens einem Innenraum und einem zum Kühlen des wenigstens einen Innenraumes ausgebildeten Kältemittelkreislauf auf. Der Kältemittelkreislauf weist wenigstens eines der folgenden Elemente auf:

– Verflüssiger,
– Drossel,
– Verdampfer, und
– Verdichter.

In besonders bevorzugter Ausgestaltung sind der Verflüssiger und/oder der Verdampfer als Wärmetauscher mit den oben beschriebenen Eigenschaften ausgebildet. Weiter vorteilhaft ist das Kältegerät mit dem oben beschriebenen Verfahren herstellbar.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigt:
1 ein Kältegerät als Kühl-/Gefrierkombination mit einem Kältemittelkreislauf;
2 einen Wärmetauscher in der Ausführungsform eines Blechwandverflüssigers;
3 einen Wärmeaustauscher in der Ausführungsform eines Drahtrohrverflüssigers;
4 einen Querschnitt durch eine kreisförmige Kältemittelleitung mit einer großen Strömungsquerschnittsfläche;
5 einen Querschnitt durch eine kreisförmige Kältemittelleitung mit einer kleinen Strömungsquerschnittsfläche;
6 einen Querschnitt durch eine Kältemittelleitung mit ellipsenförmiger Strömungsquerschnittsfläche;
7 die Anordnung eines Presswerkzeuges zur Erzeugung der elliptischen Strömungsquerschnittsfläche aus 6;
8 einen Querschnitt durch eine Kältemittelleitung mit darin eingefügter Verkleinerungseinrichtung;
9 einen Querschnitt durch eine mit Aluminium-Band befestigte Kältemittelleitung; und
10 einen Querschnitt durch eine Kältemittelleitung mit aufgebrachter Bitumenschicht.
1 zeigt ein Kältegerät 10 in der Ausführungsform einer Kühl-/Gefrier-kombination mit einem Kühlfach 12 und einem Gefrierfach 14.
Das Kältegerät 10 weist ein wärmeisoliertes Gehäuse 16 mit Gehäusewänden 17 auf, die gemeinsam mit wärmeisolierten Türen 18 Innenräume 20 des Kühlfachs 12 und des Gefrierfachs 14 begrenzen.
Zum Kühlen der Innenräume 20 ist ein Kältemittelkreislauf 22 an dem Kältegerät 10 angeordnet. Dieser Kältemittelkreislauf 22 weist einen Verflüssiger 24, eine Drossel 26, jeweils einen im Kühlfach 12 und im Gefrierfach 14, untereinander verbundenen, Verdampfer 28 sowie einen Verdichter 30 auf. Ein Kältemittel 32 wird über eine Kältemittelleitung 34 in dem Kältemittelkreislauf 22 geführt.
Die Verdampfer 28 sowie der Verflüssiger 24 dienen jeweils als Wärmetauscher 36, über den das Kältemittel 32 Wärme an eine Umgebung 38 außerhalb des Kältegerätes 10 abgibt bzw. über den das Kältemittel 32 Wärme aus dem Innenraum 20 des Kältegerätes 10 aufnimmt.
2 und 3 zeigen Ausführungsformen des Verflüssigers 24 aus 1. In 2 ist eine Ausführungsform als Blechwandverflüssiger 40 und in 3 in der Ausführungsform als Drahtrohrverflüssiger 42 gezeigt.
Im Fall des Blechwandverflüssigers 40 ist die Kältemittelleitung 34 in einer Blechwand 44 eingebettet, so dass Wärme von Wänden 46 der Kältemittelleitung 34 auf die Blechwand 44 übertragen werden kann. Diese gibt die Wärme dann an die Umgebung 38 ab. Somit bildet die Blechwand 44 eine Wärmeübertragungseinrichtung 48.
In 3 sind zwischen Schlangen 50 der Kältemittelleitung 34 Drähte 52 an den Wänden 46 angeschweißt, die die Wärme von den Wänden 46 an die Umgebung 38 übertragen. Somit bilden in dieser Ausführungsform die Drähte 52 die Wärmeübertragungseinrichtung 48.
Durch die flächige Ausbildung der Blechwand 44 entsteht im Kontaktbereich mit der Kältemittelleitung 34 eine linienförmige Wärmeabgabefläche 54 zwischen Blechwand 44 und Kältemittelleitung 34. Im Falle des Drahtrohrverflüssigers 42 sind die Drähte 52 punktuell an die Wände 46 der Kältemittelleitung 34 angeschweißt, so dass hier punktförmige Wärmeabgabeflächen 54 zwischen der Kältemittelleitung 34 und den Drähten 52 entstehen.
4 zeigt eine Querschnittsansicht durch die Kältemittelleitung 34 des Drahtrohrverflüssigers 42 aus 3. Die Kältemittelleitung 34 weist hier eine kreisförmige Strömungsquerschnittsfläche 56 auf. Parallel verlaufend oberhalb und unterhalb der Kältemittelleitung 34 sind die Drähte 52 an die Wand 46 angeschweißt, so dass weitestgehend eine punktförmige Wärmeabgabefläche 54 entsteht. Dieselbe Anordnung ist auch in 5 gezeigt, jedoch weist hier die Kältemittelleitung 34 eine kleinere Strömungsquerschnittsfläche auf als die Kältemittelleitung 34 in 4.
Strömt wenig Kältemittel 32 in der Kältemittelleitung 34, dann wird, wie in 4 zu sehen, nur ein unterer Bereich 58 der Wand 46 benetzt. Entsprechend kann auch nur in diesem Bereich 58 Wärme von dem Kältemittel 32 an die Wand 46 abgegeben werden. Zusätzlich ist der durch das Kältemittel 32 gebildete Film 59 dick und der Widerstand gegen eine Wärmeübertragung von Kältemittel 32 auf Wand 46 groß.
Weist die Kältemittelleitung 34 nun eine kleinere Strömungsquerschnittsfläche 56 auf, wie in 5 zu sehen, kann auch eine geringe Menge an Kältemittel 32 die gesamte Wand 46 benetzen und der Film 59 wird dünner. Die Wärmeübertragungs-Effektivität ist dadurch erhöht.
6 zeigt eine weitere Ausführungsform der Kältemittelleitung 34. Dabei ist die Strömungsquerschnittsfläche 56 der Kältemittelleitung 34 nicht mehr kreisförmig ausgebildet, sondern elliptisch. Das bedeutet, sie weist eine Abflachung 60 in den Bereichen der Kältemittelleitung 34 auf, die mit den Drähten 52 in Kontakt sind.
7 zeigt, wie eine elliptische Strömungsquerschnittsfläche 56 ausgehend von den Ausführungsformen in 4 und 5 erreicht werden kann. Dazu wird ein Presswerkzeug 64 vorgesehen, das Ausnehmungen 66 aufweist. Das Presswerkzeug 64 wird dann derart an dem Drahtrohrverflüssiger 42 aus 4 angeordnet, dass Pressstempel 68 flächig auf der Wand 46 aufliegen, und sich die Drähte 52 in den Ausnehmungen 66 befinden. Dann werden in der gezeigten Pfeilrichtung die Pressstempel 68 aufeinander zu bewegt, wodurch die Kältemittelleitung 32 zusammengepresst wird und die Abflachung 60 entsteht. Dadurch, dass die Drähte 52 in den Ausnehmungen 66 angeordnet sind, werden sie durch das Presswerkzeug 64 nicht in ihrer Form verändert.
Die Abflachung 60 bildet gleichzeitig eine Vergrößerungseinrichtung 69, die die Wärmeabgabefläche 54 flach und flächenförmig ausbildet und somit im Vergleich zur im Wesentlichen punktförmig ausgebildeten Wärmeabgabefläche 54 der 4 und 5 vergrößert, und eine Verkleinerungseinrichtung 70, da die Strömungsquerschnittsfläche 56 im Vergleich zu der Ausführungsform in 4 verkleinert ist.
8 zeigt eine weitere Ausführungsform der Kältemittelleitung 34. Die Kältemittelleitung 34 weist auch bei der Ausführungsform in 8 eine kreisförmige Strömungsquerschnittsfläche 56 auf und hat etwa den gleichen Durchmesser wie die Kältemittelleitung 34 aus 4. Um die Strömungsquerschnittsfläche 56 zu verkleinern, ist hier die Verkleinerungseinrichtung 70 in Form eines Verkleinerungselementes 71 im Inneren 72 der Kältemittelleitung 34 angeordnet. Die Verkleinerungseinrichtung 70 weist die gleiche Querschnittsform auf wie die Kältemittelleitung 34, d.h. sie ist ebenfalls kreisförmig ausgestaltet. Um die Verkleinerungseinrichtung 70 leicht in die Kältemittelleitung 34 einbringen zu können, ist die Verkleinerungseinrichtung 70 als ein flexibles Element 74 ausgebildet. Sie ist lose in der Kältemittelleitung 34 eingeschoben, so dass sie von einem in der Kältemittelleitung 34 strömenden Kältemittel 32 am gesamten Umfang 76 umspült wird.
9 und 10 zeigen Ausführungsformen des Wärmetauschers 36 in der Ausführungsform als Skinverflüssiger 77. Bei beiden Ausführungsformen ist eine Kältemittelleitung 34 mit einer kreisförmigen Strömungsquerschnittsfläche 56 auf der Gehäusewand 17 angeordnet.
In 9 ist über eine Außenseite 78 der Kältemittelleitung 34 eine Wärmeleiteinrichtung 80 in Form eines Aluminium-Bandes 82 geführt. Das Aluminium-Band 82 ist auf seiner Unterseite 84 mit einem nicht gezeigten Klebstoffmaterial versehen, so dass es die Kältemittelleitung 34 an der Gehäusewand 17 befestigt. Zusätzlich zu der Wärmeabgabefläche 54, die im Kontaktbereich zwischen der Gehäusewand 17 und der Wand 46 der Kältemittelleitung 34 bereitgestellt wird, kann nun auch über einen Kontakt zwischen dem Aluminium-Band 82 mit der Wand 46 Wärme sowohl an die Umgebung 38 als auch auf die Gehäusewand 17 übertragen werden.
10 zeigt die Kältemittelleitung 34, die statt des Aluminium-Bandes 82 aus 9 mit einer Wärmespeichermasse 86, hier Bitumen 88, ummantelt ist. Das Bitumen 88 nimmt Wärme von der Wand 46 auf und speichert diese. Wenn kein Kältemittel 32 mehr durch die Kältemittelleitung 34 fließt, beispielsweise wenn der Verdichter 30 nicht arbeitet, gibt das Bitumen 88 die gespeicherte Wärme an die Umgebung 38 ab.
Sowohl das Aluminium-Band 82 als auch das Bitumen 88 wirken so als Vergrößerungseinrichtung 62 zum Vergrößern der Wärmeabgabefläche 54.
Die gezeigten Ausführungsformen verbessern die Wärmeübertragung und verringern die Start-Stopp-Verluste bei Kältegeräten 10 mit einem kleinen Massenstrom, d.h. mit Verdichter 30 mit kleinem Hubraum, insbesondere mit Verdichtern 30, die klein sind und deren Drehzahl veränderbar ist.
Als Wärmetauscher 36 ohne Zwangsbelüftung, statische Verflüssiger 24 genannt, werden heute meist Blechwandverflüssiger 40 oder Drahtrohrverflüssiger 42 eingesetzt. In beiden Fällen findet aus Kostengründen unabhängig von der Verdichterleistung und dem Massenstrom gewöhnlich ein Stahlrohr mit 4,76 mm Außendurchmesser und 3,3 mm Innendurchmesser Verwendung. Beim Drahtrohrverflüssiger 42 werden die Drähte 52 auf das Rohr der Kältemittelleitung 34 aufgeschweißt, weshalb eine ausreichende Wanddicke des Rohres von Vorteil ist. Es gibt Sonderformen des Drahtrohrverflüssigers 42, die ohne Schweißen auskommen.
Durch die Drähte 52 und die Blechwand 44 wird die Wärmeabgabe von der Außenseite der Kältemittelleitung 34 an die Umgebung 38 verbessert.
Ziel soll es sein, einen effizienten Wärmetauscher 36 insbesondere auch für kleine Massenströme vorzuschlagen. Da durch Fortschreiten der Effizienzoptimierung der Kältegeräte 10 zum Regelbetrieb immer weniger Leistung erforderlich ist, wird auch der Massenstrom immer weiter verringert. Die Geometrie der Rohre der Verflüssiger 24 wurden jedoch aus Kostengründen bislang nicht angepasst. Bei hinreichend großen Massenströmen und damit verbunden ausreichend hohen Strömungsgeschwindigkeiten ist der innere Wärmeübergang von Kältemittel 32 auf Wand 46 so groß, dass er im Bereich zum äußeren Wärmeübergang von Wand 46 auf Wärmeübertragungseinrichtung 48 bzw. Umgebung 38 nur wenig Einfluss auf die Übertragungsleistung des Verflüssigers 24 hat. Ein zu geringer Massenstrom, wie er bei kleinen Verdichterleistungen auftritt, verschlechtert jedoch den Wärmeübergang auf der Innenseite durch die Reduzierung der Strömungsgeschwindigkeiten, so dass hier Optimierungspotential besteht.
Speziell bei Geräten mit Start-Stopp-Betrieb, insbesondere bei Kühlgeräten, spielen die damit verbundenen Verluste eine entscheidende Rolle. Beim Start des Verdichters 30 steht am Verflüssigerausgang erst nach einiger Zeit flüssiges Kältemittel 32 zur Verfügung. Diese Verzögerung, die einen Effizienzverlust zur Folge hat, ist abhängig von der Verdichterleistung bzw. dem Massenstrom und dem Volumen des Verflüssigers 24. Ein kleines Innenvolumen hat weniger Anlaufverluste zur Folge.
Beim Abschalten des Verdichters 30 ohne Stopp-Ventil tritt das im Verflüssiger 24 noch vorhandene flüssige Kältemittel 32 in den Verdampfer 28 über und nimmt dabei die Wärme mit in den Verdampfer 28. Diese Abschaltverluste sinken ebenfalls mit kleinerem Innenvolumen des Verflüssigers 24.
In Untersuchungen wurde gezeigt, dass bei kleinen Kühlgeräten ein Verflüssiger 24 mit 4 mm Rohr trotz kleinerer Außenoberfläche zu einer besseren Effizienz des Gerätes führt, wobei die günstigere Strömung in einem Rohr mit kleinerem Querschnitt, wie in 5 gezeigt, einen wesentlichen Anteil hat.
Eine weitere Möglichkeit besteht in einem nachträglichen Flachpressen des fertigen Drahtrohrverflüssigers 42. Ein hoher Maschinenaufwand durch die hohe benötigte Kraft, damit verbundene Werkzeugkosten aufgrund der Schwierigkeit des Flachpressens von Einzelmustern, die mechanische Belastung der Schweißpunkte und somit die Dichtigkeitsproblematik stehen einer auf den Massenstrom anpassbaren Endgeometrie, einer kurzen Bearbeitungszeit und der Tatsache gegenüber, dass es sich bei der verwendeten Kältemittelleitung 34 um ein verfügbares Zukaufteil handelt.
Bei einer zweiten Möglichkeit wird nachträglich ein flexibler Kern z.B. aus kältemittelbeständigem Kunststoff in die Kältemittelleitung 34 eingefädelt. Trotz dass ein zusätzliches Teil nötig wird und ein aufwändiges Einfädeln die Fertigungskosten geringfügig erhöht, ist hier ein einfacher Musterbau möglich, sind keine Werkzeuge nötig und die Ausführungsform ist rasch umsetzbar.
Bei einer dritten Möglichkeit, die sowohl auf einen Blechwandverflüssiger 40 als auch auf einen frei hängenden Skin-Verflüssiger angewendet werden kann, werden die Rohre mit Aluminium-Band 82 oder ähnlich wie ToS mit Butyl aufgeklebt und/oder weisen eine zusätzliche Bitumen-Schicht auf. Hierbei kann der Durchmesser des Rohres der Kältemittelleitung 34 beliebig sein und es ist ein einfacher Musterbau möglich, dem gegenüber steht ein hoher Fertigungsaufwand durch die verwendeten Werkzeuge und die Lebensdauer der Klebeverbindung.
Durch die gezeigten Ausführungsformen ist eine Energieersparung durch Absenkung des Verflüssigerdruckes und somit einem kälteren Verflüssiger 24 durch besseren inneren Wärmeübergang am Verflüssiger 24 möglich. Es handelt sich allesamt um kostengünstige, leicht umsetzbare Maßnahmen, insbesondere das Einschieben eines flexiblen Kerns ist dabei kostengünstig. Denn hier ist keine Konstruktionsänderung nötig und es entstehen keine Werkzeugkosten.
In einem großen Rohr der Kältemittelleitung 34 ist eine große Kältemittelmenge nötig, um ungünstige Strömungsformen zu vermeiden. Kleinere Rohre bieten kleinen Kältemittelmengen dagegen günstige Strömungsformen. Alternativ kann ein abgeflachtes Rohr verwendet werden oder ein flexibler Kern in das große Rohr eingeschoben werden, um so günstige Strömungsformen zu erzeugen.
Bezugszeichenliste

10: Kältegerät
12: Kühlfach
14: Gefrierfach
16: Gehäuse
17: Gehäusewand
18: Tür
20: Innenraum
22: Kältemittelkreislauf
24: Verflüssiger
26: Drossel
28: Verdampfer
30: Verdichter
32: Kältemittel
34: Kältemittelleitung
36: Wärmetauscher
38: Umgebung
40: Blechwandverflüssiger
42: Drahtrohrverflüssiger
44: Blechwand
46: Wand
48: Wärmeübertragungseinrichtung
50: Schlangen
52: Drähte
54: Wärmeabgabefläche
56: Strömungsquerschnittsfläche
58: unterer Bereich
59: Film
60: Abflachung
64: Presswerkzeug
66: Ausnehmung
68: Pressstempel
69: Vergrößerungseinrichtung
70: Verkleinerungseinrichtung
71: Verkleinerungselement
72: Inneres
74: flexibles Element
76: Umfang
77: Skinverflüssiger
78: Außenseite
80: Wärmeleiteinrichtung
82: Aluminium-Band
84: Unterseite
86: Wärmespeichermasse
88: Bitumen

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2007/124705 A1 [0003]
EP 1460357 B1 [0003]

Claims

Wärmetauscher (36) für ein Kältegerät (10), insbesondere für ein Haushaltskältegerät, mit einer Kältemittelleitung (34), die eine im Gebrauch von einem Kältemittel (32) durchflossene Strömungsquerschnittsfläche (56) hat, und die eine Verengung zur Verkleinerung der Strömungsquerschnittsfläche (56) aufweist.
Wärmetauscher (36) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Inneren der Kältemittelleitung (34) eine Verkleinerungseinrichtung (70) zum Verkleinern der Strömungsquerschnittsfläche (56) angeordnet ist.
Wärmetauscher (36) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verkleinerungseinrichtung (70) zum Umspültwerden mit dem Kältemittel (32) angeordnet ist.
Wärmetauscher (36) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verkleinerungseinrichtung (70) ein flexibles Element (74) mit gleicher Querschnittsform wie die der Kältemittelleitung (34) aufweist.
Wärmetauscher (36) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Kältemittelleitung (34) ein Rohr mit einer kleinen Strömungsquerschnittsfläche (56), insbesondere kleiner als 8,54 mm², angeordnet ist.
Wärmetauscher (36) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsquerschnittsfläche (56) 20% kleiner als 8,54 mm², insbesondere 40% kleiner als 8,54 mm², ist.
Wärmetauscher (36) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kältemittelleitung (34) eine Abflachung (60) aufweist.
Wärmetauscher (36) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kältemittelleitung (34) eine elliptische Querschnittsform aufweist.
Wärmetauscher (36) nach einem der voranstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Vergrößerungseinrichtung (69) zum Vergrößern einer Wärmeabgabefläche (54) zwischen Kältemittelleitung (34) und einer Wärmeübertragungseinrichtung (48) zum Übertragen von Wärme von der Kältemittelleitung (34) an eine Umgebung (38).
Wärmetauscher (36) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Vergrößerungseinrichtung (69) eine Wärmespeichermasse (86), insbesondere gebildet aus Bitumen (88), und/oder dass die Vergrößerungseinrichtung (69) eine Wärmeleiteinrichtung (80), insbesondere ein Metallband, mehr insbesondere ein Aluminium-Band (82), umfasst.
Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers (36) mit den Schritten a) Bereitstellen einer Kältemittelleitung (34) mit einer Strömungsquerschnittsfläche (56); b) Verkleinern der Strömungsquerschnittsfläche (56).
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass Schritt b) wenigstens einen der folgenden Schritte aufweist: b1) Abflachen der Kältemittelleitung (34); und/oder b2) Einschieben eines Verkleinerungselements (71) in ein Inneres (72) der Kältemittelleitung (34);
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 oder 12, gekennzeichnet durch den Schritt c) Befestigen der Kältemittelleitung (34) an einer Wärmeübertragungseinrichtung (48) oder an einer Gehäusewand (17) des Kältegerätes (10).
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, gekennzeichnet durch den Schritt d) Ummanteln der Kältemittelleitung (34) mit einer Wärmeleiteinrichtung (80) und/oder einer Wärmespeichermasse (86).
Kältegerät (10), insbesondere Haushalts-Kältegerät, aufweisend ein Gehäuse (16) mit wenigstens einem Innenraum (20), und einen zum Kühlen des wenigstens einen Innenraumes (20) ausgebildeten Kältemittelkreislauf (22), wobei der Kältemittelkreislauf (22) wenigstens eines der folgenden Elemente aufweist: – Verflüssiger (24), – Drossel (26), – Verdampfer (28), und – Verdichter (30), dadurch gekennzeichnet, dass der Verflüssiger (24) und/oder der Verdampfer (28) als Wärmetauscher (36) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 ausgebildet ist und/oder mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14 herstellbar ist.