DE19751768A1 - Verdampfer - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Verdampfer zur Anordnung außerhalb des zu kühlenden Käl­ teraumes und zur zwangsweisen Belüftung anhand eines die abgekühlte Kaltluft zwangsweise in den Kälteraum fördernden Ventilators.

Bei als No-Frostkältegeräte ausgebildeten Kühl- und Gefrierschränken sind die zur Käl­ teerzeugung dienenden Verdampfer außerhalb ihres Lagerraumes angeordnet und im allgemeinen als sogenannte Lamellenverdampfer ausgebildet. Bei dieser Art von Ver­ dampfer sind meanderartig angelegte Verdampferrohre vorgesehen, welche zur Vergrö­ ßerung ihrer wärmeübertragenden Oberfläche mit entlang ihrer Meanderform angeordne­ ten, in Form von dünnwandigen Blechen gefertigten Lamellen versehen sind. Die Herstel­ lung derartiger Verdampfer ist fertigungstechnisch aufwendig und kostenintensiv, insbesondere dann, wenn die Verdampferrohre aus geraden und gebogenen Einzel­ rohrstücken zusammengefügt und miteinander verlötet werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Verdampfer gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 mit einfachen konstruktiven Maßnahmen zu verbessern.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Verdampfer durch we­ nigstens annähernd parallel übereinander angeordnete, wärmeleitende Ebenen gebildet ist, über welche sich zumindest ein die beiden Ebenen kältetechnisch miteinander ver­ bindender, in wärmeleitenden Kontakt mit den Ebenen stehender Kältemittelkanal er­ streckt.

Durch die platinenartig gestalteten Ebenen sind ohne fertigungstechnisch aufwendige Maßnahmen, z. B. in Form von Lamellen, in Ansatz bringen zu müssen, kostengünstig große Wärmetauschflächen erzeugt, durch deren parallele Anordnung über einander zugleich eine zielgerichtete Kälteleistung bei geringen Raumbedarf ermöglicht ist. Darüber hinaus eröffnen die platinenartig ausgebildeten Ebenen die Möglichkeit, zur Stei­ gerung der Kälteleistung des Verdampfers mit einfachen fertigungstechnischen Maß­ nahmen die Anordnungsdichte der Kältemittelkanalanordnung zur steigern.

Nach einer bevorzugten Ausführung des Gegenstandes der Erfindung ist vorgesehen, daß die Ebenen durch Abwinklung einer einstückigen Platine gebildet sind, in deren ab­ gewinkelten Zustand die Ebenen sich zumindest annähernd parallel gegenüberliegen und mit der Kältemittelkanalanordnung versehen sind.

Ein derartiger Verdampfer ist nicht nur fertigungstechnisch besonders einfach und ko­ stengünstig herstellbar sondern bietet durch seinen U-förmigen Querschnitt eine hohe Ei­ gensteifigkeit, so daß das Handling des Verdampfers in der Fertigung deutlich erleichtert ist.

Fertigungstechnisch besonders einfach abänderbar ist das Kanalbild des Verdampfers und somit besonders zielgerichtet anpaßbar an dessen bedarfsgemäße Kälteleistung, wenn nach einer nächsten bevorzugten Ausführungsform des Gegenstandes der Erfin­ dung vorgesehen ist, das die Platine mit der darauf angeordneten Kältemittelkanalanor­ dung im Roll-Bond- oder mit Z-Bond-Verfahren erzeugt ist.

Ein besonders kostengünstiger Aufbau für einen Verdampfer ergibt sich, wenn nach einer nächsten bevorzugten Ausführungsform des Gegenstandes der Erfindung vorgesehen ist, daß die Kältemittelkanalanordnung als eine in Windungen geformte Rohleitung ausge­ führt ist, welche an den Ebenen in wärmeleitenden Kontakt festgesetzt ist.

Darüber hinaus ermöglicht eine derartige Ausführung eines Verdampfers eine gezielte Materialkombination zwischen der das Kältemittel führenden Rohrleitung und den die Wärmetauschflächen darstellenden Ebenen, wodurch der Wärmeübergang zwischen bei­ den Elementen auf einfache Weise optimierbar ist.

Besonders zweckmäßig angeordnet ist die Kältemittelkanalanordnung am Verdampfer, wenn nach einer nächsten vorteilhaften Ausgestaltung des Gegenstandes der Erfindung vorgesehen ist, daß die Kältemittelkanalanordnung an den einander zugewandten Flä­ chen der Ebenen vorgesehen ist.

Ferner ergibt sich hierdurch die Möglichkeit zwischen die Ebenen zum äußerst intensiven wärmeleitenden Kontakt zusätzliche Elemente zur weiteren Vergrößerung der Wärme­ tauschflächen des Verdampfers einzubringen, ohne dabei den Raumbedarf zur Unter­ bringung des Verdampfers vergrößern zu müssen.

Besonders einfach herstellbar ist ein zur Vergrößerung der Wärmetauschflächen dienen­ des zusätzliches Element, wenn gemäß einer nächsten vorteilhaften Ausgestaltung des Gegenstandes der Erfindung vorgesehen ist, daß zwischen den parallel übereinander an­ geordneten Ebenen ein in wärmeleitenden Kontakt mit diesen stehendes Wellenprofil an­ geordnet ist.

Entsprechend einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Gegenstandes der Erfin­ dung ist vorgesehen, daß zwischen den parallel übereinander angeordneten Ebenen mehrere Wellenprofilabschnitte in wärmeleitenden Kontakt mit den Ebenen nebeneinan­ der angeordnet sind, von denen die Wellen von zwei benachbart zueinander angeordne­ ten Wellenprofilabschnitten gegenphasig zueinander verlaufen.

Durch eine derartige Ausführungsvariante ist mit einfachen Mitteln eine besonders platz­ sparende und große Wärmetauschfläche im Verdampfer erreicht, wobei die zur Vergrö­ ßerung der Wärmetauschfläche beitragenden Wellenprofile durch ihre Anordnung zwi­ schen den beiden Ebenen in besonders intensiven wärmeleitenden Kontakt mit den Ebe­ nen bringbar sind.

Besonders zweckmäßig ausgebildet sind die dem Verdampfer bildenden Ebenen, wenn nach einer nächsten vorteilhaften Ausgestaltung des Gegenstandes der Erfindung vorge­ sehen ist, daß die beiden Ebenen zumindest weitestgehend geschlossen flächig ausge­ bildet sind.

Nach einer nächsten bevorzugten Ausführungsform des Gegenstandes der Erfindung ist vorgesehen, daß die beiden Ebenen aus ihrer Fläche herausgestellt angeordnete Flä­ chenelemente aufweisen.

Hierdurch ist an den Wärmetauschflächen eine Oberflächenvergrößerung bezweckt, wel­ che sich einerseits fertigungstechnisch besonders günstig bei der Herstellung des Ver­ dampfers erzeugen läßt und welche ohne zusätzliche Maßnahmen durch deren unmittel­ bare Anbindung an die Wärmetauschflächen im besonders intensiven wärmeleitenden Kontakt mit den Wärmetauschflächen steht. Ferner sind durch eine derartige Lösung durch Zusatzmaßnahmen in intensiven wärmeleitenden Kontakt bringbare zusätzliche Elemente zur Vergrößerung der Wärmetauschfläche am Verdampfer vermieden.

Eine besonders intensive Verwirbelung der die Wärmetauschflächen umströmenden Luft und damit eine gute Wärmeübertragung von den Wärmetauschflächen auf diese Luft er­ gibt sich, wenn gemäß einer letzten bevorzugten Ausführungsform des Gegenstandes der Erfindung vorgesehen ist, daß die Flächenelemente wechselweise aus den Ebenen herausgestellt angeordnet sind und sowohl in den Zwischenraum zwischen die beiden Ebenen als auch davon abgewandt nach außen gerichtet sind.

Die Erfindung ist in der nachfolgenden Beschreibung anhand mehrerer in der beigefügten Zeichnung vereinfacht dargestellter Ausführungsbeispiel erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 Eine erste Ausführungsform eines Verdampfers mit mehreren durch Ab­ winkelung einer Platine erzeugte parallele Ebenen in Vorderansicht,

Fig. 2 den Verdampfer gemäß Fig. 1 Draufsicht,

Fig. 3 eine zweite Ausführungsform eines Verdampfers mit zwei übereinander angeordneten platinenartigen, über eine Rohrkältemittelleitung kälte­ technisch aneinander angekoppelte Ebenen, in Vorderansicht,

Fig. 4 dem Verdampfer gemäß Fig. 3 in Draufsicht,

Fig. 5 dem Verdampfer gemäß Fig. 4 mit einem zwischen seinen Ebenen an­ geordneten Wellenprofil, in Vorderansicht,

Fig. 6 den Verdampfer gemäß Fig. 5 in Draufsicht,

Fig. 7 den Verdampfer gemäß Fig. 5 mit einem weiteren zwischen seinen Ebenen gegenphasig zum ersten Wellenprofil angeordneten weiteren Wellenprofil, in Vorderansicht,

Fig. 8 den Verdampfer gemäß Fig. 7 in Draufsicht,

Fig. 9 eine letzte Ausführungsform eines ähnlich zu dem in Fig. 3 dargestellten Verdampfer ausgeführten Verdampfers, mit an seinen platinenartigen Verdampferebenen herausgestellt angeordneten Flächenelementen, in Seitenansicht,

Fig. 10 dem Verdampfer gemäß Fig. 9 in Draufsicht.

In Fig. 1 ist eine erste Ausführungsform eines zum Einsatz in sogenannten No-Frost­ kältegeräten, wie Kühl- oder Gefrierschränke, geeigneter Verdampfer 10 gezeigt, wel­ cher drei in parallelem Abstand übereinander angeordnete, aus wärmeleitendem Ma­ terial wie beispielsweise Aluminium oder Aluminiumlegierungen gefertigte Ebenen 11 aufweist. Diese sind durch mehrmalige Abwinklung eines platinenartigen Aluminium­ blechzuschnittes erzeugt, wobei durch die Abwinklung ein im wesentlichen senkrecht zu den Ebenen 11 angeordnetes Wandstück 12 geschaffen ist, welches jeweils zwei benachbart zueinander angeordnete Ebenen 11 einstückig miteinander verbindet. Die Ebenen 11 sind an ihren einander zugewandten Innenseiten mit einer meanderartig angelegten Kältemittelkanalanordnung 13 ausgestattet, welche im Rollbondverfahren in den platinenartigen Zuschnitt des Verdampfer 10 eingebracht ist, wobei die Kälte­ mittelkanalanordnung 13 an der höher liegenden und mittleren Ebene 11 sowie an dem die beiden Ebenen 11 miteinander verbindenden Wandstück 12 an der einen Au­ ßenseite der Platine vorgesehen ist, während die Kältemittelkanalanordnung 13 an der mittleren und unteren Ebene 11 sowie dem zu deren Verbindung dienenden Wand­ stück 12 an der dazu gegenüberliegenden Außenseite der Platine angeordnet ist. Die an der mittleren Ebene 11 beidseitig diesem Platinenabschnitt vorgesehenen Kältemit­ telkanalanordnungen 13 sind miteinander durch ein nicht näher gezeigtes Kanalstück verbunden, so daß die drei Ebenen 11 mit einer durchgehend verlaufenden Kältemittelführung überzogen sind, welche von einer Kältemaschine eines No-Frost­ kältegeräts mit Kältemittel versorgt ist. Durch den Abstand zwischen den benachbart zueinander angeordneten Ebenen 11 sind Zwischenräume 14 erzeugt, welche zur zwangsweisen Belüftung der Ebenen 11 und somit zur Steigerung des Wärmeüber­ ganges an den Ebenen 11 auf die beispielsweise von einem Ventilator zwangsweise umgewälzte Kühlluft dienen, wobei die Belüftungsrichtung des Verdampfers 10 quer zu der meanderförmig angelegten Kältemittelkanalanordnung 13 erfolgt, wie dies bei­ spielhaft in Fig. 2 durch einen Pfeil angedeutet ist.

Fig. 3 zeigt in vereinfachter schematischer Darstellung eine weitere Ausführungsform ei­ nes Verdampfers 20, welcher zwei platinenartig beispielsweise aus Aluminium oder Alu­ miniumlegierung ausgebildete Ebenen 21 aufweist, welche in parallelen Abstand zuein­ ander angeordnet sind. Die Ebenen 21 sind an ihren einander zugewandten Innenseiten 22 mit einer meanderartige angelegten Kältemittelkanalanordnung 23 versehen, welche durch beispielsweise aus einem Kupferrohr gefertigten, in wärmeleitenden Kontakt mit den Ebenen 21 stehenden Rohrleitung gebildet ist. Die Kältemittelkanalanordnungen 23 an den Innenseiten 22 sind untereinander durch ein Verbindungsstück 24 verbunden, so daß der Verdampfer 20 eine über seine beiden Ebenen 21 durchgehende verlaufende Kältemittelführung aufweist. Die Ebenen 21 bilden durch ihren Abstand zueinander einen Zwischenraum 25, welcher zur zwangsweisen Belüftung der Innenseiten 22, insbeson­ dere der Kältemittelkanalanordnung 23 dient, wobei die Belüftung, welche zur Steigerung des Wärmeübergangs auf die zwangsweise umgewälzte Luft dient, quer zu den meander­ förmig angelegten Kältemittelkanalanordnungen 23 entlang der Ebenen 21 erfolgt, wie dies beispielhaft in Fig. 4 mittels eines Pfeiles gezeigt ist.

Fig. 5 und Fig. 6 zeigt einen Verdampfer 30, welcher ähnlich dem Verdampfer 20 ausge­ bildet ist und wie dieser zwei in parallelen Abstand zueinander angeordnete, platinenartig ausgeführte Ebenen 31 aus wärmeleitendem Material, wie Aluminium oder dergleichen aufweist, welche wie die Ebenen 21 an ihren einander zugewandten Innenseiten 32 mit je einer meanderförmig verlaufenden Kältemittelkanalanordnung 33 ausgestattet sind, welche untereinander durch ein Verbindungsstück 34 zu einer durchgehend über den gesamten Verdampfer verlaufenden Kältemittelführung verbunden sind. Die Ebenen 31 bilden durch ihren vertikalen Abstand zueinander zwischen ihren Innenseiten 32 einen Zwischenraum 35, welcher wie der Zwischenraum 25 von einer mittels eines Ventilators zwangsweise umgewälzten Kühlluft (in Fig. 6 mit einem Pfeil symbolisch dargestellt) zur Erreichung eines günstigeren Wärmeübergangs zwangsweise belüftet ist und welcher zur Aufnahme eines die Wärmeübertragungsfläche der Ebenen 31 vergrößernden Wellen­ profils 36 dient. Dieses befindet sich innerhalb des Zwischenraumes 35 in wärmeleiten­ den Kontakt mit der Kältemittelkanalanordnung 33 an den Innenseiten 32 und dient zu­ sätzlich zur Steigerung der Turbulenzen für die zwangsweise durch den Zwischenraum 35 geförderte Kühlluft. Das Wellenprofil 36 ist beispielsweise durch spanlose Verformung einer aus gut wärmeleitenden Material wie Aluminium, Kupfer oder der dergleichen ge­ fertigten Blechplatine erzeugt und besitzt in seiner gewellten Form zumindest weitestge­ hend die Abmessungen der Ebenen 31.

Die Fig. 7 und 8 zeigen eine ähnlich dem Verdampfer 30 ausgebildete Ausführungs­ variante eines Verdampfers 40 mit zwei im parallelen Abstand zueinander angeordneten Ebenen 41. Diese sind an ihren einander zugewandten Innenseiten 42 mit je einer me­ anderartig angeordneten Kältemittelkanalanordnung 43 versehen, welche über ein rohr­ artig ausgebildetes Verbindungsstück miteinander verbunden sind und welche aus einer meanderförmig geformten, in wärmeleitenden Kontakt mit den Ebenen 41 stehenden Rohrleitung aus gut wärmeleitenden Material wie beispielsweise Kupfer, Aluminium oder dergleichen geformt ist. Zwischen den Ebenen 41 ist durch deren parallelem Abstand zueinander ein Zwischenraum 45 erzeugt, innerhalb welchen entlang der Ebenen 41 Kühlluft zur Erzielung eines günstigeren Wärmeübergangs zwangsweise in Pfeilrichtung (siehe Fig. 8) gefördert ist. Innerhalb des Zwischenraumes 45 sind Wellenprofilabschnitte 46 und 47 vorgesehen, von denen beide Wellenprofilabschnitte 46 und 47 an der Kälte­ mittelkanalanordnung 43 der höher liegenden Ebene 41 und an der Kältemittelkanalan­ ordnung 43 der tieferliegenden Ebene 41 in wärmeleitenden Kontakt anliegen. Die Wel­ lenprofilabschnitte 46 und 47 sind zur Steigerung der Turbulenz der zwangsweise in den Zwischenraum 45 geförderten Kühlluft derart versetzt zueinander angeordnet, daß die Wellentäler und Wellentäler der in Pfeilrichtung geförderten Kühlluft angeordneten strei­ fenartigen Wellenprofilabschnitte gegenphasig zueinander verlaufen (siehe hierzu Fig. 7).

In Fig. 9 und Fig. 10 ist eine weitere Ausführungsform eines Verdampfers 50 dargestellt, welcher aus zwei in parallelen Abstand übereinander angeordneten Ebenen 51 aus gut wärmeleitenden Material wie beispielsweise Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gebildet ist. Die Ebenen 51 sind ihren aneinander zugewandten Innenseiten 52 je mit ei­ ner Kältemittelkanalanordnung 53 in Form einer meanderartig geformten Rohrleitung aus gut wärmeleitendem Material wie beispielsweise Kupfer versehen, wobei die Kältemit­ telkanalanordnungen 53 durch ein Rohrleitungsverbindungsstück 54 zu einer durchge­ hend verlaufenden Kältemittelführung für den Verdampfer 50 verbunden sind. Dieser ist an seinen beiden Ebenen 51 mit zungenartig ausgeführten, aus der Fläche der Ebenen 51 herausgestellt angeordneten Lappen 55 versehen, welche zwischen den meanderartig angelegten Rohrabschnitten der Kältemittelkanalanordnung vorgesehen und ähnlich einer Matrix angeordnet sind, deren Spalten im wesentlichen senkrecht zu den Rohrleitungsab­ schnitten der Kältemittelkanalanordnungen 53 verlaufen. Von den Spalten der Matrix sind die unmittelbar benachbarten höhenversetzt zueinander angeordnet, wobei die Lappen 55 innerhalb der um den Höhenversatz zurückgesetzten Spalten mit ihren freien Ende in einen durch den Abstand der Ebenen 51 gebildeten Zwischenraum 56 ragen, während die in den verbleibenden Spalten der Matrix vorgesehen Lappen 55 mit ihren freien Ende vom Zwischenraum 56 weggerichtet sind. In den Zwischenraum 56 wird zur Erzielung ei­ nes günstigeren Wärmeübergangs anhand eines Ventilators zwangsweise Kühlluft ge­ fördert, welche in Folge der in unterschiedlicher Richtung herausgestellten Lappen 55 zu­ sätzlich verwirbelt wird, so daß sich die Turbulenz der zwangsweise in den Zwischenraum geförderten Kühlluft erhöht und auf diese Weise die Wärmeübertragung zusätzlich verbessert ist.

Das sich aufgrund des Reifansatzes an den Verdampfern während der Abtauzeit erge­ bende Schmelzwasser soll anhand eines Drainagesystems, welches in die Ebenen ein­ gebracht sein soll abgeführt werden, wodurch die Gefahr, daß das Abtauwasser erneut an den Ebenen der Verdampfer festfriert deutlich minimiert ist. Ein mit einem Drainage­ system in seinen Ebenen versehener Verdampfer läßt sich, ohne die Abtaufunktion zu beeinträchtigen, auch in horizontaler Einbaulage verwenden. Für den Fall, daß an den Ebenen auf ein Drainagesystem verzichtet werden soll, ist es vorteilhaft, die Verdampfer mit ihren Ebenen in einer vertikalen Einbaulage zu verwenden, um stets sicherzustellen, daß das während der Abtauphase anfallende Schmelzwasser rasch von den Ebenen ab­ laufen kann und somit nicht die Gefahr besteht, daß dieses erneut an den Ebenen der Verdampfer festfriert.

Claims (10)

1. Verdampfer zur Anordnung außerhalb des zu kühlenden Kälteraumes und zur zwangsweisen Belüftung anhand eines die abgekühlte Kaltluft zwangsweise in den Kälteraum fördernden Ventilators, dadurch gekennzeich­ net, daß der Verdampfer (10, 20, 30, 40, 50) durch wenigstens zwei annä­ hernd parallel übereinander angeordnete, wärmeleitende Ebenen (11, 21, 31, 41, 51) gebildet ist, über welche sich zumindest ein die beiden Ebenen (11, 21, 31, 41, 51) kältetechnisch miteinander verbindender, in wärmeleitenden Kontakt mit den Ebenen (11, 21, 31, 41, 51) stehender Kältemittelkanalanor­ dung (13, 23, 33, 43, 53) erstreckt.

2. Verdampfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ebenen (11) durch Abwinklung einer einstückigen Platine gebildet sind, in deren ab­ gewinkelten Zustand die Ebenen (11) sich zumindest annähernd parallel ge­ genüberliegen und mit der Kältemittelkanalanordnung (13) versehen sind.

3. Verdampfer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Pla­ tine mit der darauf angeordneten Kältemittelkanalanordnung (13) im Roll-Bond- oder im Z-Band-Verfahren erzeugt ist.

4. Verdampfer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kältemittelkanalanordnung (23, 33, 43, 53) als eine in Windungen geformte Rohrleitung ausgeführt ist, welche an den Ebenen (21, 31, 41, 51) in wärme­ leitendem Kontakt festgesetzt ist.

5. Verdampfer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kältemittelkanalanordnung (13, 23, 33, 43, 53) an den einander zu­ gewandten Flächen der Ebenen (11, 21, 31, 41, 51) vorgesehen ist.

6. Verdampfer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den parallel übereinander angeordneten Ebenen (31) wenigstens ein in wärmeleitenden Kontakt mit diesen stehendes Wellenprofil (36) angeordnet ist.

7. Verdampfer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den parallel übereinander angeordneten Ebenen (41) mehrere Wellenprofilabschnitte (46, 47) in wärmeleitendem Kontakt mit den Ebenen (41) nebeneinander angeordnet sind, von denen die Wellen von zwei benach­ bart zueinander angeordneten Wellenprofilabschnitten (46, 47) gegenphasig zueinander verlaufen.

8. Verdampfer nach einem der Ansprüche 1 bis 7, daß die Ebenen (11, 21, 31, 41, 51) zumindest weitestgehend geschlossenflächig ausgebildet sind.

9. Verdampfer nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Ebenen (51) aus ihrer Fläche herausgestellt angeordnete Flä­ chenelemente (55) aufweisen.

10. Verdampfer nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Flächen­ elemente (55) wechselweise aus den Ebenen (51) herausgestellt angeordnet sind und sowohl in den Zwischenraum (56) zwischen den Ebenen (51) als auch davon abgewandt nach außen gerichtet sind.