Verflüssiger mit einer mäanderförmig geführten Verflüssigerleitung

Die Erfindung betrifft einen Verflüssiger mit einer mäanderförmig geführten Verflüssigerleitung für einen geschlossenen Kältekreislauf mit einem Verdampfer, einer Drosselstelle und einem Kompressor.

Verflüssiger für geschlossene Kältekreisläufe sind u.a. als Draht-Rohr- oder Bleσh-Rohr-Verflüssiger bekannt und werden vorwiegend bei Kühl- und Gefrierschränken als so genannte Rückwandverflüssiger eingesetzt.

Diese Verflüssiger bestehen nach dem allgemeinen bekannten Stand der Technik aus einem mäanderförmig gebogenen Verflüssigerrohr, das bei einem Blech-Rohr-Verflüssiger in geprägten Sicken einer Blechwand so festgelegt ist, dass das Verflüssigerrohr je nach Bauart von den Sicken der Bleσhwand entweder halb, dreiviertel oder völlig umschlossen ist, um auf diese Weise einen metallischen Kontakt zur Stabilisierung des Verflüssigerrohrs und zur Vergrößerung der Wärmeab- strahlungsfläche über die Bleσhwand zu erreichen oder das bei einem Draht-Rohr-Verflüssiger mit einem Drahtgitter überdeckt ist, das parallel und quer zur mäanderförmigen Rohrführung verläuft und an den Berührungspunkten metallisch verbunden ist, um auf diese Weise ebenfalls die Wärmeabstrahlungsfläche des Verflüssigerrohrs zu vergrößern und das mäanderförmig verlaufende Verflüssigerrohr zu stabilisieren.

Bekannt ist aber auch, dass für den Abkühlungs- und Verflüs- sigerprozess des Kältemittels sowohl bei einem Blech-Rohr- als auch bei einem Draht-Rohr-Verflüssiger, bei denen ausschließlich die aufgenommene Wärme des Kältemittels durch Abgabe an die Umgebungsluft erfolgt, das mäanderförmig verlegte Verflüssigerrohr und damit die Verflüssigerleitung in Abhängigkeit des eingesetzten Kältemittels über eine bestimmte Länge verfügen muss, um die thermische Leistung des konzipierten Kältekreislaufs zu gewährleisten.

Folglich benötigen die Verflüssigerarten einen sehr hohen Rohranteil für die Verflüssigerleitung und weisen damit ein wirtschaftlich ungünstiges Kosten-Leistungs-Verhältnis auf. Aber auch der Wärmeübergangskoeffizient vom Verflüssigerrohr auf den Blech- bzw. Drahtanteil als zusätzliche Wärmeabstrahlungs- flache ist nur gering, was dazu führt, dass die vorhandene zusätzliche Abstrahlungsflache des Blech- bzw. Drahtanteils nur unvollständig für die Wärmeabstrahlung vom Verflüssiger genutzt wird. Die Folge ist, dass der Wirkungsgrad derartiger Verflüssiger beeinträchtigt wird, was üblicherweise durch eine verlängerte Verflüssigerleitung und damit vergrößerten Verflüssiger kompensiert wird, um die thermische Leistung des Verflüssigers für einen konzepierten Kühlmittelkreislauf gewährleisten zu können. Darüber hinaus erhöht ein verringerter Wirkungsgrad des Verflüssigers bekannterweise den Energiebedarf beim Betreiben der Kühlgeräte.

Um das Kosten-Leistungs-Verhältnis und auch den Wirkungsgrad von Blech-Rohr- oder Draht-Rohr-Verflüssigern zu verbessern, wird in der DE 20 2004 017 652.1 vorgeschlagen, das Verflüssigerrohr nur mit Biegeradien von 17 - 20 mm mäanderförmig zu verlegen oder in der DE 20 2004 019 829.0 vorgeschlagen, die Liσhteweiten der Abstände zwischen zwei parallel verlaufenden Rohrabschnitten des mäanderförmig verlegten Rohrs an den ther-

mischen und Verflüssigungszustand des durchströmenden Kältemittels anzupassen. Mit beiden Lösungsvorschlägen kann zwar bei gleichem Wirkungsgrad des Verflüssigers die Fläche des verlegten Verflüssigerrohres verkleinert und damit der Blechbzw. Drahtanteil verringert werden, was zu einem verbesserten Kosten-Leistungs-Verhältnis des Verflüssigers führte, aber eine Verbesserung des Wärmeübertragungskoeffizienten zwischen der Verflüssigerleitung und dem Blech- bzw. Drahtanteil zur Erhöhung des Wirkungsgrads eines Verflüssigers ist nicht möglich.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Verflüssiger für geschlossene Kältekreisläufe mit einem verbesserten Wärmeübertragungskoeffizienten von der Verflüssigerleitung zur zusätzlich vorgesehenen Abstrahlungsflache bereitzustellen, der bei einem verbesserten Kosten-Leistungs-Verhältnis über einen hohen thermischen Wirkungsgrad bei der Verflüssigung des vergasten Kältemittels verfügt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Verflüssiger ein Bleσhverflüssiger ist, der mit einem direkt in der Bleσhwand eingeprägten oder eingezogenen oder eingerollten oder ausgeblasenen mäanderförmig verlaufenden Kanal ausgebildet ist, der zu einer Verflüssigerleitung gasdicht und druckstabil geschlossen ist, die an den Enden mit der Eintrittsbzw. Austrittsleitung für das Kältemittel gasdicht und druckstabil verbunden ist oder der Verflüssiger ein Blechverflüssiger mit einer Verflüssigerleitung, die aus direkt in der Blechwand eingeprägten oder eingezogenen oder eingerollten oder ausgeblasenen parallel verlaufenden Kanalabschnitten besteht, die zu Rohrabschnitten gasdicht und druσkstabil geschlossen und mittels Rohrbögen zu einer mäanderförmig verlaufenden Verflüssigerleitung verbunden sind, wobei die Rohrbögen und die Ein-

trittsleitung sowie die Austrittsleitung für das Kältemittel gasdicht und druckstabil mit den Endbereichen der parallel verlaufenden Kanalabsσhnitte bzw. der Verflüssigerleitung festgelegt sind.

Durch die mindestens in den parallel verlaufenden Abschnitten rohrfrei ausgebildete mäanderförmig verlaufende Verflüssigerleitung wird die vom Kältemittel im vorangegangenen Verdampfer aufgenommene Wärmeenergie beim Durchströmen der Verflüssigerleitung unmittelbar und auf kürzestem Weg auf das Blech des Blechverflüssigers übertragen. Damit wird der Wärmeübertragungs- koeffizient zwischen der Verflüssigerleitung und dem Blechanteil zwischen zwei parallel verlaufenden Kanälen gegenüber einem herkömmlichen Bleσh-Rohr-Verflüssiger aber auch Draht-Rohr-Verflüssiger wesentlich verbessert und die vorhandene Bleσhfläche eines Blechverflüssigers wird vollständig und annähernd gleichmäßig zur Wärmeabstrahlung genutzt.

Folglich verfügen die erfindungsgemäß ausgebildeten Verflüssiger über einen sehr hohen thermischen Wirkungsgrad, so dass die Größe des Verflüssigers bei gleicher Leistung gegenüber bisher zur Anwendung kommenden Verflüssigern um 15 - 20% verringert werden kann.

Durch die mindestens in den parallelen Abschnitten rohrfrei ausgebildete Verflüssigerleitung wird aber auch der Rohranteil zum Herstellen des erfindungsgemäß ausgebildeten Blechverflüssigers um wenigstens 90% gesenkt, wodurch mindestens eine Einsparung von 40% an Materialkosten erreicht wird.

Durch die hohe Materialeinsparung an Rohr und auch an Blech können die erfindungsgemäß vorgeschlagene Bleσhverflüssiger gegenüber herkömmlichen Verflüssigern mit einem wesentlich verbesserten Kosten-Leistungsverhältnis hergestellt werden. Vielmehr, durch den wesentlich verbesserten Wirkungsgrad wird

der Abkühlungs- und Verflüssigerprozess des Kältemittels begünstigt, so dass der Kältekreislauf der Kühlgeräte auch ener- giesparender betrieben werden kann .

Nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung werden die offenen Kanten des mäanderförmig ausgebildeten Kanals bzw. der parallel verlaufenden Kanalabsσhnitte zu einer geschlossenen Querschnittsform zusammengefügt und die aneinanderstoßenden Kanten sind miteinander verschweisst oder verlötet.

Aus fertigungstechnischen Gründen kann es auch vorteilhaft sein, wenn der nach oben offene mäanderförmig ausgebildete Kanal mit einem einstückig mäanderförmig geformten Blechstreifen überdeckt ist, der beiderseits an den mäanderförmig verlaufenden Umlaufkanten mit der Blechwand verschweisst oder verlötet ist oder das jeder der nach oben offenen parallel verlaufenden Kanalabschnitte mit einem Blechstreifen überdeckt ist, der an seinen Umlaufkanten mit der Bleσhwand verschweisst oder verlötet ist. Jede der Ausführungsformen gewährleistet eine gasdichte und druckstabile Verflüssigerleitung in der Bleσhwand und verfügt auch über den verbesserten Wärmeübertragungskoeffizienten von der Verflüssigerleitung zu dem verbleibenden Bleσhanteil der Bleσhwand.

Der einstüσkig mäanderförmig geformte Bleσhstreifen zum über- deσken des mäanderförmig ausgebildeten Kanals in der Bleσhwand kann auσh aus geradlinigen und bogenförmigen Abschnitten zusammengesetzt werden. In diesem Fall ist es vorteilhaft, wenn die Verbindung zwischen den angrenzenden Abschnitten mit dem Aufsσhweissen oder Auflöten der Abschnitte auf der Blechwand erfolgt .

Vorteilhaft ist auσh, wenn die Rohrbögen zur mäanderförmigen Verbindung der parallel verlaufenden Kanäle und/oder die Ein-

tritts- und Austrittsleitungen für das Kältemittel vor dem Verschweissen oder Verlöten der Bleσhstreifen mit der Blechwand in den Kanalenden der Kanäle gasdicht eingeschweisst oder eingelötet sind.

Mit dieser Maßnahme ist in Verbindung mit der direkten Ausbildung der Verflüssigerleitung in der Blechwand, durch die das gesonderte Biegen des mäanderförmig gebogenen Verflüssigerrohrs entfällt, die Voraussetzung geschaffen, dass die erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verflüssigerarten sehr wirtschaftlich, beispielsweise in vollautomatisierten Fertigungsanlagen, nämlich vom Blecheinzug bis zum fertigen Verflüssiger, hergestellt werden können.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Schweiss- oder Lötbereiche an den Enden der Kanäle und der Verflüssigerleitung mindestens auf einen Durchmesser aufgeweitet, bei dem die Innendurchmesser der Rohrbögen und/ oder die Eintritts- und die Austrittsleitung homogen übergehen. Damit kann gewährleistet werden, dass der Durσhtrittsquerschnitt in den Verbindungsstellen vom Kanalquersσhnitt der Blechwand zu den Rohrbögen bzw. der Eintritts- und Austrittsleitung homogen verlaufen und die Verflüssigerleitung von dem Kältemittel mit einer verwirbelungsfreien gleichbleibenden Strömungsgeschwindigkeit durchströmt wird.

Bei einer überdeckung der Kanäle in der Blechwand mit einem mäanderförmig ausgebildeten Blechstreifen oder mit geradlinigen und bogenförmigen Bleσhstreifen können bevorzugt die Blechstreifen zur Querschnittserweiterung der Verflüssigerleitung mit einer mittig verlaufenden nutähnliσhen Erhebung ausgebildet sein. Damit kann der Querschnittsform der Verflüssigerleitung in Verbindung mit der ausgebildeten Quer- sσhnittsform der Kanäle in der Bleσhwand sowohl rund als auch oval , halbrund oder eckig ausgeführt werden . Auf diese

Weise kann mit einfachen Mitteln die Wärmeabstrahlungsfläσhe von der Verflüssigerleitung selbst und der Strömungsquerschnitt des durchströmenden Kältemittels günstig beeinflusst werden .

Zur Verbindung und zum gasdichten und druckstabilen Verschluss der in der Blechwand ausgebildeten Kanäle und/oder der angeschlossenen Rohrbögen sowie der Eintritts- und Austrittsleitung hat sich als besonders vorteilhaft ein Plasmaoder Lasersσhweissverfahren erwiesen aber auch andere Sσhweiss- verfahren, wie beispielsweise eine Rollnahtschweissung für die Verbindung des mäanderförmig ausgebildeten oder geradlinigen Bleσhstreifens mit der Bleσhwand aber auch geeignete Lötverfahren, wie u.a. Hartlöten, mit denen eine gasdichte und druckstabile Verbindung ausgeführt werden können, sind möglich .

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen, in denen mögliche und bevorzugte Ausführungsformen eines Blechverflüssigers dargestellt sind.

In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1: eine Schematische Darstellung eines Blechverflüssigers mit einer ausgebildeten mäanderförmigen Verflüssigerleitung in der Blechwand,

Fig. 2: eine sσhematisσhe Darstellung eines Blechverflüssigers, der aus in der Blechwand parallel ausgebildeten Kanalabsσhnitten besteht,

Fig. 3: eine Einzelheit X von Fig. 2,

Fig. 4: einen Schnitt A-A von Fig. 1 mit einer möglichen Quersσhnittsform und Ausbildungsart der Verflüssigerleitung,

Fig. 5: einen Schnitt B-B von Fig. 2 mit einer möglichen Quersσhnittsform und Ausbildungsart der Verflüssigerleitung,

Fig. 6: eine weitere mögliche Querschnittsform und Ausführungsart der Verflüssigerleitung.

Die in Fig. 1 und Fig. 2 bevorzugt gezeigten Blechverflüssi- ger 1 bzw. Ia bestehen im wesentlichen aus einer Blechwand 3, der mäanderförmig verlaufenden Verflüssigerleitung 2, der Eintrittsleitung 10 sowie der Austrittsleitung 11 für das Kältemittel, den Lamellen 12 zur Verbesserung der Wärmeableitung und den nicht weiter gekennzeichneten Befestigungsmitteln zur Montage der Blechverflüssiger 1 ; Ia an der Rückwand eines Kühlgerätes.

Wie in Fig. 1 gezeigt, ist bei einem Blechverflüssiger 1, die mäanderförmig verlaufende Verflüssigerleitung 2 unmittelbar und vollständig in der Blechwand 3 eingebettet und ist an ihren Enden mit der Eintritts- bzw. Austrittsleitung 10, 11 verbunden.

Die mäanderförmig verlaufende Verflüssigerleitung in der Bleσh- wand 3 wird durch einen mäanderförmig in die Blechwand 3 eingeprägten oder eingezogenen oder ausgeblasenen mäanderförmi- gen Kanal 5 gebildet, bei dem, wie in Fig. 4 gezeigt, die freien Kanten 9 , 9a zu einer runden oder auch einer anderen Querschnittsform 17 - 17x zusammengefügt und anschließend an der Verbindungsnaht 6 zu einem geschlossenen Querschnitt 17 ; 17x gasdicht und druσkstabil verschweisst oder verlötet sind.

Der mäanderförmig ausgebildete Kanal 5 in der Blechwand 3 bei einem Blechverflüssiger 1, nach Fig.l, kann aber auch durch einen oder mehrere überdeckende Blechstreifen 7 zu einer gasdichten und druckstabilen Verflüssigerleitung 2 verschlossen sein.

Der überdeckende Blechstreifen 7 kann aus geradlinigen und bogenförmigen Abschnitten zu einem Blechstreifen 7 oder auch als einstüσkiger mäanderförmig geformter Blechstreifen 7 ausgelegt werden und ist beiderseits der mäanderförmig verlaufenden Umlaufkanten mittels einer Verbindungsnaht 8, 8a mit der Bleσhwand 3 verschweisst oder verlötet, wie in Fig. 5 und 6 gezeigt.

Ist der Blechstreifen 7 abschnittsweise auf dem mäanderförmi- gen Kanal 5 aufgelegt, erfolgt die gasdichte Verbindung der einzelnen Abschnitte untereinander gleichzeitig beim Ver- schweissen oder Verlöten der einzelnen Abschnitte auf der Blechwand 3.

Bei einem in Fig. 2 gezeigten Blechverflüssiger Ia wird die Verflüssigerleitung 2 durch parallel über die Blechwand 3 verlaufende eingezogene oder eingeprägte oder ausgeblasene Kanalabsσhnitte 4 - 4x und Rohrbögen 13 -13x ausgebildet, welche die parallel verlaufenden Kanalabsσhnitte 4 - 4x mäanderförmig verbinden und die mit den Kanalabsσhnitten 4 - 4x gasdicht und druckstabil verbunden sind. Die Eintrittsund Austrittsleitung 10, 11 für das Kältemittel sich wiederum am Anfang bzw. dem Ende des ausgebildeten Mäanders gasdicht und druσkstabil durch Verschweissen oder Verlöten angeschlossen .

Der gasdichte und druckstabile Verschluss der parallel verlaufenden Kanalabschnitte 4 - 4x erfolgt ebenfalls, wie in Fig. 4 gezeigt, durch Zusammenfügen der offenen Kanten 9,

9a, die anschließend an der Verbindungsnaht 6 zu einem runden geschlossenen Querschnitt 17 oder auch in einer anderen geschlossenen Quersσhnittsform 17a - 17x zu einem gasdichten und druckstabilen Kanalabschnitt 4 - 4x der Verflüssigerleitung 2 verschweisst oder verlötet sind.

Die Kanalabschnitte 4 - 4x eines Bleσhverflüssigers Ia nach Fig.2 kann aber auch durch überdeckende Blechstreifen 7a - 7x zu einem gasdichten und druckstabilen Abschnitt der Verflüssigerleitung 2 verschlossen sein. In diesem Fall sind die aufgelegten und die Kanalabschnitte 4 - 4x überdeckenden Blechstreifen 7a - 7x beiderseits der Längsseiten mittels einer Verbindungsnaht 8, 8a mit der Blechwand 3 verschweisst oder verlötet, wie in Fig. 5 und 6 gezeigt.

Bevorzugt sind bei einem Blechverflüssiger Ia die Enden der Kanalabschnitte 4 - 4x und die Anschlussenden der mäanderför- mig verlaufenden Verflüssigerleitung für die Eintritts- und Austrittsleitung 10 bzw. 11 bzw. die Anschlussenden der mäan- derförmig verlaufenden Verflüssigerleitung für die Eintrittsund Austrittsleitung 10 bzw. 11 bei einem Blechverflüssiger

I mit Aufweitungen 14 - 14x ausgebildet. Die Aufweitungen

14 - 14x weisen dabei einen äußeren Durchmesser auf, der beim Einsetzen der Rohrbögen 13 — 13x bzw. der Eintritts- und Austrittsleitung 10 bzw. 11 einen homogenen übergang der angrenzenden Innendurchmesser der Kanalabschnitte 4 - 4x bzw. Verflüssigerleitung 2 mit Rohrbögen 13 -13x bzw. mit den Eintrittsund Austrittsleitungen 10 bzw.11 gewährleistet und bevorzugt zusätzlich einen Schweissspalt 18 ausbildet, wie in Fig. 3 gezeigt ist.

Diese Aufweitungen 14 - 14x bilden den Sσhweiss- bzw. Lötbe- reiσh für den gasdichten und druckstabilen Anschluss der Rohrbögen 13 - 13x bzw. der Eintritts- und Austrittsleitung 10,

II für das Kältemittel.

Selbstverständlich können die Eintritts- und Austrittsleitungen 10, 11 und die Rohrbögen 13 - 13x auch angesetzt und stumpf an die Enden der mäanderförmig verlaufenden Verflüssigerleitung 2 bzw. den Enden der parallel verlaufenden Kanalabschnitte 4 - 4x angeschweisst oder angelötet werden.

Zum gasdichten und druckstabilen Ausführen der Verbindungsnaht 6, 8, 8a und zum Verschließen des Schweissspalts 18 zur Verbindung der Rohrbögen 13 - 13x bzw. Eintritts- und Austrittsleitung 10/ 11 wird bevorzugt ein Plasma- oder Laser- schweissverfahren genutzt. Aber auch andere Verbindungsverfahren, wie eine Rollnahtschweissung, insbesondere zur Verbindung der Bleσhstreifen 7 - 7x mit der Blechwand 3, aber auch geeignete und bekannte Lötverfahren oder auch gasdichte und druckstabile Klebeverbindungen sind zur Herstellung der erfindungsgemäßen Bleσhverflüssiger nutzbar.

Vorteilhafterweise werden die Verbindungsnähte 6, 8, 8a auf den Blechverflüssiger so gelegt, dass sie gegenüber der Geräteseite 16 liegen. Damit kann einer mögliche Beschädigung der Verbindungsnähte 6, 8, 8a beim Aufstellen der Kühlgeräte oder bei der Montage der Blechverflüssiger in andere Kältemittelkreisläufe, die durch eine unsachgemäße Behandlung über die zugängliche Wandseite 15 nie ausgeschlossen werden kann, vorgebeugt werden .

Aufstellung der Bezugszeichen

1 Blechverflüssiger

Ia Blechverflüssiger

2 Verflüssigerleitung

3 Blechwand

4 - 4x parallele Kanalabschnitte

5 mäanderförmiger Kanal

6 Verbindungsnaht

7 - 7x Blechstreifen

8 Verbindungsnaht

8a Verbindungsnaht

9 Kante der Kanäle

9a Kante der Kanäle

10 Eintrittsleitung

11 Austrittsleitung

12 Lamellen

13 - 13x Rohrbögen

14 - 14x Aufweitung der Kanalenden

15 Wandseite

16 Geräteseite

17 - 17x geschlossener Querschnitt

18 Schweissspalt