Wärmetauscher und Kältegerät

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wärmetauscher und ein Kältegerät mit einem Wärmetauscher gemäß der Erfindung.

Zum Zu- und Ableiten von Kältemittel an einem Verdampfer eines Kältegeräts, beispielsweise einem Kühlschrank oder einem Gefriergerät, wird üblicherweise eine Anordnung verwendet, wo eine Kapillarleitung, welche verdichtetes, relativ warmes Kältemittel von einem Verdichter zu einer Drosselstelle am Eingang des Verdampfers führt, im Inneren einer Saugleitung von wesentlich größerem Querschnitt angeordnet ist, über die verdampftes Kältemittel aus dem Verdampfer abgesaugt und einem Verdichter zugeführt wird. Die Anordnung der Kapillare in Inneren der Saugleitung soll eine Vorkühlung des verdichteten Kältemittels noch vor Erreichen der Drosselstelle durch das im Gegenstrom außen an der Kapillare entlangfließende verdampfte Kältemittel ermöglichen, so dass durch Saugrohr und Kapillare ein Wärmetauscher gebildet ist.

Eine frei bewegliche Anordnung der Kapillare im Inneren der Saugleitung birgt das Problem, dass die Kapillare aufgrund von Vibrationen eines Motors des Verdichters hin- und herschwingt und hierbei unkontrolliert an die Innenwände der Saugleitung anstößt, wodurch Geräusche verursacht werden, welche von einem Benutzer des Geräts als störend empfunden werden. Zudem kann es passieren, dass die Kapillare auf einem großen Teil ihrer Länge die Innenwand der Saugleitung berührt, so dass eine unerwünschte Wärmebrücke geschaffen wird, welche die Vorkühlung des Kältemittels in der Kapillare beeinträchtigt.

Eine in der Gebrauchsmusterschrift DE 20 2006 005 550 U1 beschriebene Lösung verwendet eine Anordnung von Abstandshaltern zum Fixieren der Kapillare im Inneren des Saugrohrs, wodurch sowohl die durch das Anstoßen hervorgerufenen Geräusche unterbunden werden, als auch ein Anliegen der Kapillare an der Innenwand der Saugleitung verhindert wird.

Nachteilig ist hierbei jedoch, dass bei einer solchen Lösung die im Saugrohr angeordneten Abstandshalter den Querschnitt des Saugrohrs verengen. Zudem müssen

die Abstandshalter als separate Teile gefertigt werden, und die Montage von Kapillare und Saugrohr erfordert weitere Handgriffe zum Einsetzen der Abstandshalter.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Wärmetauscher mit einer äußeren und einer inneren Rohrleitung anzugeben, der schnell und einfach zusammenzubauen ist und bei welchem die Kapillare im Saugrohr so fixiert ist, dass sowohl ausgedehnte Wärmebrücken als auch unerwünschte Geräusche vermieden werden.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass bei einem Wärmetauscher mit einer äußeren Rohrleitung für ein erstes Wärmeträgerfluid und einer innerhalb der äußeren Rohrleitung geführten inneren Rohrleitung für ein zweites Wärmeträgerfluid das innere Rohr in Wellen mit einer Amplitude verläuft, die wenigstens der Differenz von Innendurchmesser des äußeren Rohrs und Außendurchmesser des inneren Rohrs entspricht. Indem sich die

Scheitelpunkte der Wellen gegen entgegengesetzte Seiten der Innenwand des äußeren Rohrs abstützen, erhält das innere Rohr eine stabile Formgebung, so dass sich das innere Rohr nicht mehr aufgrund von Vibrationen des Verdichtermotors bewegen kann.

Die Wellenamplitude ist so gewählt, dass sich die Wellenform des inneren Rohrs über den gesamten Innendurchmesser des äußeren Rohrs erstreckt. Dadurch kann gewährleistet werden, dass keine Bereiche entstehen, an welchen das innere Rohr frei beweglich ist. Der Querschnitt des äußeren Rohrs ist durch keine weiteren Hindernisse verengt, so dass das erste Wärmeträgerfluid ungehindert hindurchfließen kann.

Hinsichtlich der Formgebung des inneren Rohrs ist es vorteilhaft, wenn die Wellen in einer Ebene verlaufen. Somit kann das innere Rohr in einfacher Weise in die gewünschte Form gebracht werden und kann dennoch eine stabile Fixierung im äußeren Rohr erreichen. Alternativ hierzu können die Wellen auch phasenverschoben in zwei Ebenen verlaufen, so dass das innere Rohr eine elliptisch gewendelte Wellenform besitzt.

Um die innere Rohrleitung stabil zu fixieren, ist es an sich wünschenswert, eine Vielzahl von Kontakten zwischen innerer und äußerere Rohrleitung zu haben. Andererseits eröht eine starke Krümmung der inneren Rohrleitung deren Durchflusswiderstand und die Neigung des ertsen Wärmeträgerfluids, turbulent zu strömen. Ferner stellt jeder Kontakt zwischen innerem und äußerem Rohr eine Wärmebrücke dar, deren Zahl gering gehalten

werden sollte. Es zeigt sich, dass eine hinreichende Lagestabilität der inneren Rohrleitung erreichbar bleibt, wenn die Länge der Wellen wenigstens das Fünffache oder gar das Zehnfache der Amplitude beträgt.

Weiterhin ist es für die Montage der beiden Rohre ineinander vorteilhaft, wenn das innere Rohr in einem Endabschnitt des äußeren Rohrs geradlinig verläuft. Durch den geraden Abschnitt wird das Einbringen des inneren Rohrs im äußeren Rohr sowie der Zusammenbau des Wärmetauschers mit anderen Komponenten erleichtert.

Vorteile hinsichtlich der Verwendung des erfindungsgemäßen Wärmetauschers werden dadurch erreicht, wenn an ein Ende der Rohre ein Verdampfer angeschlossen ist. Somit benötigt der Verdampfer zum Einbau in ein Kältegerät nur eine Rohrleitung, welche gleichzeitig für die Zu- und Ableitung des Wärmeträgerfluids dienen kann, so dass nur eine öffnung durch eine Wärmeisolierung eines Innenraums des Kältegeräts hindurch nach außen vorgesehen werden muss.

Ein Kältegerät, in welchem ein erfindungsgemäßer Wärmetauscher verwendet wird, kann somit geräuscharm betrieben werden, wobei die Energieeffizienz des Geräts nicht beeinträchtigt wird und sich darüber hinaus konstruktive Vorteile für das Gerät bieten.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Es zeigen:

Fig. 1 einen perspektivischen Teilschnitt durch ein Rohr eines Wärmetauschers, in welchem ein inneres Rohr gemäß der Erfindung verläuft;

Fig. 2 einen Schnitt durch äußeres und inneres Rohr des Wärmetauschers entlang einer Ebene A-A;

Fig. 3 einen Schnitt durch äußeres und inneres Rohr des Wärmetauschers in einer weiteren Ausgestaltung entlang einer Ebene A-A; und

- A -

Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Verdampfers mit einem Wärmetauscher gemäß der Erfindung.

In Fig. 1 ist ein Wärmetauscher in Form zweier ineinander angeordneter Rohrleitungen 1 , 2 dargestellt, wobei eine äußere Rohrleitung 1 eine innere Rohrleitung 2 der Länge nach umschließt und die innere Rohrleitung 2 einen deutlich geringeren Querschnitt aufweist als die äußere Rohrleitung 1. In der gezeigten Ansicht ist die äußere Rohrleitung 1 auf einem Teil ihrer Länge aufgeschnitten.

Die innere Rohrleitung 2 verläuft wellenförmig im Inneren der äußeren Rohrleitung 1 , wobei die innere Rohrleitung 2 in der äußeren Rohrleitung 1 oszilliert und die

Scheitelpunkte der Wellen entgegengesetzte Seiten der Innenwand der äußeren

Rohrleitung 1 berühren. Die Amplitudenhöhe der Wellen ist so gewählt, dass die innere

Rohrleitung 2 zwischen den Innenwänden der äußeren Rohrleitung 1 mit einer leichten

Spannung passformgenau festgehalten wird. Die Amplitudenhöhe der Wellen entspricht mindestens der Differenz zwischen Innendurchmesser 11 der äußeren Rohrleitung 1 und

Außendurchmesser 21 der inneren Rohrleitung 2.

Die Welle besitzt eine sehr langgezogene Form, wobei die Länge der Wellen in etwa ein Zehnfaches der Wellenamplitude beträgt. In einem Endabschnitt 12 der äußeren Rohrleitung 1 endet die Wellenform der inneren Rohrleitung 2, so dass die innere Rohrleitung 2 dort einen gerade verlaufenden Endabschnitt 22 besitzt.

Die Darstellung in Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch die äußere Rohrleitung 1 und die innere Rohrleitung 2 entlang einer in Fig. 1 angedeuteten Ebene A-A. Die innere Rohrleitung 2 berührt eine Seite der Innenwand der äußeren Rohrleitung 1 auf Höhe der Schnittebene an einem ersten Punkt. Da die Wellenform der inneren Rohrleitung 2 in einer Ebene verläuft, berührt ein nächster Punkt der inneren Rohrleitung 2 die Innenwand der äußeren Rohrleitung 1 auf einer dem ersten Punkt gegenüberliegenden Seite der Innenwand. Die innere Rohrleitung 2 oszilliert somit entlang einer Ebene 3 innerhalb der Innenwände der äußeren Rohrleitung 2.

Fig. 3 zeigt nun analog zu Fig. 2 einen Querschnitt einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung. Hier verlaufen die Wellen der inneren Rohrleitung 2 phasenverschoben in zwei

Ebenen 3, 3'. Die Berührungspunkte der inneren Rohrleitung 2 an den Innenwänden der äußeren Rohrleitung 1 sind gleich angeordnet wie in der in Fig. 2 gezeigten Alternative, jedoch ergibt sich ein dreidimensionaler Wellenverlauf des inneren Rohrs 2 ähnlich einer Wendel. Da die Wellenamplitude in Richtung einer Ebene 3 größer ist als die Amplitude in Richtung einer Ebene 3', nimmt die Wendel in ihrem Innenausschnitt keine runde Form an, sondern eine elliptische Form.

In Fig. 4 ist eine schematische Darstellung eines Teils eines Verdampfers 4 für ein Kältegerät wie etwa einem Kühlschrank oder Gefrierschrank gezeigt. Der Verdampfer 4 kann in dem Fachmann an sich bekannter Weise aus einer ebenen Platine, auf der als Kältemittelkanal 41 eine Rohrleitung befestigt ist, oder einer ebenen Platine und einer Platine, in die ein Kältemittelkanal 41 eingeprägt ist, zusammengefügt sein.

An einer Anschlussstelle in der linken oberen Ecke der Platine mündet eine zu einem Verdichter des Kältegeräts führende Saugleitung, welche durch die äußere Rohrleitung 1 gebildet ist, auf den Kältemittelkanal 41. Eine inmitten der Saugleitung geführte Kapillare ist als innere Rohrleitung 2 an einer Einspritzstelle 42 dicht in eine Engstelle des Kältemittelkanals 41 eingefügt. Der Verdampfer 4 kann zum Beispiel in einer Rückwand des Kältegeräts, zwischen einem Innenbehälter und einer isolierenden Schaumschicht, mit dem Innenbehälter zugewandter ebener Platine montiert sein. Die Erfindung ist aber auch anwendbar auf einen Verdampfer 4, der im Innenbehälter eines Kühlschranks angeordnet ist und dort ein Frostfach umgibt, sowie auf beliebige andere Verdampferbauformen.