DE10360900A1 - Heat exchanger and manufacturing method therefor - Google Patents

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Detlef Cieslik
Thorsten Kusnik
Harald Stickel
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Abstract

A heat exchanger is produced from a supporting plate (1), a shaped part (3), which is made of a heat-insulating material and has a surface (8) with a channel (9) running along this surface (8), and from a tube (2), which is formed according to the course of the channel (9) and which is provided for a heat transfer fluid. The tube (2) is placed inside the channel (9), and the supporting plate (1) is fastened to the surface (8) provided with the tube (2).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, insbesondere einen Verdampfer für ein Kältegerät, wie etwa einen Haushaltskühl- oder -gefrierschrank, sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung.The The present invention relates to a heat exchanger, in particular a Evaporator for a refrigeration device, such as a household refrigeration or freezer, and a method for its production.

Aus DE 102 18 826 A1 ist ein Wärmetauscher bekannt, der aus einer Trägerplatte, einem sich mäanderförmig über die Trägerplatte erstreckenden Rohr für ein Kältemittel und einer wärmeisolierenden Schicht aus einer Bitumenzusammensetzung aufgebaut ist. Die Bitumenschicht wird zunächst in Form einer Platte auf die Anordnung aus Trägerplatte und Kältemittelrohr aufgelegt und dann mit Hilfe eines Stempels angeformt, in welchem eine mäanderförmige Rinne entsprechend dem Verlauf des Kältemittelrohrs auf der Basisplatte gebildet ist.Out DE 102 18 826 A1 a heat exchanger is known, which is composed of a support plate, a meandering over the support plate extending tube for a refrigerant and a heat insulating layer of a Bitumenzusammensetzung. The bituminous layer is first placed in the form of a plate on the arrangement of carrier plate and refrigerant tube and then formed by means of a punch, in which a meandering channel is formed according to the course of the refrigerant tube on the base plate.

Bei der Herstellung des Verdampfers muss streng darauf geachtet werden, dass das Kältemittelrohr auf der Trägerplatte exakt entsprechend dem Verlauf der Rinne des Stempels platziert wird. Wenn das Rohr nicht mittig in der Rinne zu liegen kommt, ergeben sich unterschiedliche Dicken der Bitumenschicht an einander gegenüberliegenden Seiten des Rohrs, oder die Bitumenschicht reißt beim Anformen an die Basisplatte und das Kältemittelrohr stellenweise auf. Wenn die Positionsabweichung so stark ist, dass das Rohr nicht mehr innerhalb der Rinne liegt, so wird es beim Andrücken des Stempels flach gequetscht und der Verdampfer so zerstört.at the production of the evaporator must be strictly that the refrigerant pipe on the carrier plate placed exactly according to the course of the trough of the punch becomes. If the tube does not come to rest in the middle of the gutter different thicknesses of the bitumen layer on opposite sides Side of the tube, or the bitumen layer ruptures during molding to the base plate and the refrigerant pipe in places. If the position deviation is so strong that the pipe is no longer inside the gutter, so it is when pressing the Stamp squeezed flat and the evaporator destroyed.

Der Hub des Stempels muss wenigstens so groß sein, dass die Bitumenschicht im Bereich zwischen den Mäandern des Kältemittelrohrs mit der Trägerplatte in Kontakt kommt. Wenn der Hub größer als hierfür unbedingt notwendig ist, wird das Bitumenmaterial in die Zwickel zwischen der im Querschnitt elliptischen Rohrleitung und der Trägerplatte getrieben. Das bekannte Verfahren ist daher nicht brauchbar, wenn anstelle der Bitumenplatte eine Platte aus einem hochwirksam wärmeisolierenden Material angeformt werden soll, da das Eindringen eines solchen Materials in die Zwickel den Wärmeaustausch zwischen dem Kältemittelrohr und der Basisplatte und damit die Effizienz des Verdampfers beeinträchtigen würde.Of the Stroke of the stamp must be at least as large that the bitumen layer in the area between the meanders of the refrigerant pipe with the carrier plate comes into contact. If the hub is larger than this necessarily is necessary, the bitumen material is in the gusset between the elliptical in cross-section pipe and the support plate driven. The known method is therefore not useful when instead of the bituminous plate a plate made of a highly effective heat-insulating Material to be formed, since the penetration of such material in the gussets the heat exchange between the refrigerant pipe and the base plate and thus the efficiency of the evaporator would affect.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, ein Verfahren zum Herstellen eines Wärmetauschers, das die Herstellung hochwertiger Wärmetauscher auch bei geringen Anforderungen an die Herstellungstoleranzen erlaubt, bzw. einen Wärmetauscher anzugeben, der mit einem solchen Verfahren herstellbar ist.task The present invention is a method for producing a Heat exchanger, the the production of high quality heat exchangers as well allowed with low demands on the manufacturing tolerances, or specify a heat exchanger, which can be produced by such a method.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäße dadurch gelöst, dass das Formteil aus wärmeisolierendem Material von vornherein mit einer auf dessen Oberfläche verlaufenden, vorgeformten Rinne bereitgestellt wird, in welcher das Rohr platziert wird, bevor die Trägerplatte an der Oberfläche befestigt wird. Auch wenn die Krümmungswinkel an den diversen Biegungen des Rohrs geringfügig von entsprechenden Winkeln der Rinne abweichen, kann das Rohr durch leichtes elastisches Biegen noch ohne Schwierigkeiten in die Rinne eingefügt werden. Ein Zerquetschen des Rohrs zwischen dem Formteil und der Trägerplatte ist so ausgeschlossen.The Task is characterized according to the invention solved, that the molded part of heat-insulating Material from the outset with a surface running on the surface, preformed channel is provided, in which placed the tube is before the carrier plate on the surface is attached. Even if the bending angle at the various bends of the pipe slightly from corresponding angles the gutter can deviate the tube by slightly elastic bending be inserted into the gutter without difficulty. A crush the tube between the molding and the support plate is so excluded.

Vorzugsweise ist die Dicke des Rohrs senkrecht zu der Oberfläche des Formteils zunächst größer als die Tiefe der darin gebildeten Rinne, so dass das Rohr, auch wenn es am Boden der Rinne anliegt, ein Stück weit aus dieser herausragt. Wenn nun das Formteil und die Trägerplatte gegeneinander gedrückt werden, um wenigstens Teile der Oberfläche des Formteils mit der Trägerplatte in Kontakt zu bringen, wird gleichzeitig das Rohr zwischen der Trägerplatte und dem Formteil flachgedrückt, wodurch sich der Wärmeübergang zwischen der Platte und dem Rohr in erwünschter Weise verbessert.Preferably the thickness of the tube perpendicular to the surface of the molding is initially greater than the depth of the gutter formed in it, leaving the pipe, even if it rests on the bottom of the gutter, protrudes a bit far out of this. If now the molding and the support plate pressed against each other be at least parts of the surface of the molding with the support plate At the same time, the tube between the support plate is brought into contact and flattened the molding, which reduces the heat transfer between the plate and the tube is desirably improved.

Das Formteil kann einfach und wirtschaftlich durch Expandieren eines Kunststoffmaterials in einem Formwerkzeug hergestellt werden. Als zu expandierendes Kunststoffmaterial kommen insbesondere Polystyrol und Polyurethan in Betracht.The Molding can be easily and economically by expanding a Plastic material can be produced in a mold. When plastic material to be expanded is, in particular, polystyrene and polyurethane into consideration.

Um eine gute Isolationswirkung zu erzielen, ist ein hoher Porenanteil im expandierten Material wünschenswert; andererseits muss das expandierte Material eine zum Flachdrücken des Kältemittelrohrs ausreichende Festigkeit aufweisen. Bei einem Formteil aus Polystyrol hat sich eine Dichte von 30 bis 50 g/dm3, vorzugsweise ca. 40 g/dm3, als geeignet erwiesen.In order to achieve a good insulation effect, a high pore content in the expanded material is desirable; On the other hand, the expanded material must have sufficient strength for flattening the refrigerant pipe. In a molded article made of polystyrene, a density of 30 to 50 g / dm 3 , preferably about 40 g / dm 3 , has proved suitable.

Das Formteil und die Trägerplatte sind vorzugsweise durch Kleben, insbesondere mit Hilfe einer Klebefolie verbunden. Diese Klebefolie ist vorzugsweise am Formteil angebracht, da alternativ dazu an der Trägerplatte angebrachte Klebefolie jeweils an den vom Kältemittelrohr berührten Bereichen der Trägerplatte ausgespart sein müsste, um den Wärmeübergang zwischen Rohr und Trägerplatte nicht zu beeinträchtigen.The Molding and the carrier plate are preferably by gluing, in particular by means of an adhesive film connected. This adhesive film is preferably attached to the molding, as an alternative to the support plate attached adhesive film respectively at the areas touched by the refrigerant pipe the carrier plate should be left out, to the heat transfer between tube and carrier plate not to interfere.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die beigefügten Figuren. Es zeigen:Further Features and advantages of the invention will become apparent from the following Description of an embodiment with reference to the attached Characters. Show it:

1 eine perspektivische Ansicht der Komponenten eines erfindungsgemäßen Verdampfers vor ihrem Zusammenbau; und 1 a perspective view of the comm components of an evaporator according to the invention prior to their assembly; and

2 einen Schnitt durch einen fertig zusammengebauten erfindungsgemäßen Verdampfer. 2 a section through a fully assembled inventive evaporator.

In 1 ist eine Trägerplatte des Verdampfers aus Aluminium mit 1, ein Kältemittelrohr mit 2 und ein Formteil aus Polystyrolschaum mit 3 bezeichnet. Das Kältemittelrohr 2 hat einen Saugleitungsanschluss 4, der zum Anschließen an einen Einlass eines Verdichters vorgesehen ist, um verdampftes Kältemittel aus dem Rohr 2 abzuziehen, und eine Kapillare 5, die sich im Innern des Saugleitungsanschlusses erstreckt und vorgesehen ist, um flüssiges Kältemittel von einem Verflüssiger her zuzuführen. Das freie Ende der Kapillare 5 ist an einer Engstelle 6 des Kältemittelrohrs 2 verstemmt. Von hier aus durchfließt das Kältemittel das mäanderartig verlaufende Rohr 2 bis zu einer Anschlussstelle 7, wo es wieder auf dem Saugleitungsanschluss 4 mündet.In 1 is a support plate of the evaporator made of aluminum with 1 , a refrigerant pipe with 2 and a molded part of polystyrene foam with 3 designated. The refrigerant pipe 2 has a suction line connection 4 , which is provided for connection to an inlet of a compressor to evaporate vaporized refrigerant from the pipe 2 deduct, and a capillary 5 which extends inside the suction line port and is provided to supply liquid refrigerant from a condenser ago. The free end of the capillary 5 is at a bottleneck 6 of the refrigerant pipe 2 caulked. From here, the refrigerant flows through the meandering pipe 2 up to a junction 7 where it is again on the suction line connection 4 empties.

Das Formteil 3 ist eine Platte aus Polystyrolschaum, in deren Oberseite 8 eine Rinne 9 gebildet ist, deren Verlauf der Gestalt des Kältemittelrohrs 2 entspricht. Die Tiefe der Rinne 9 ist etwas geringer als der Durchmesser des vor dem Zusammenfügen der einzelnen Komponenten 1, 2, 3 des Verdampfers im Querschnitt noch kreisrunden Kältemittelrohrs 2. Die Dichte des Polystyrolsschaums beträgt 40 g/dm3. Ein schnell haftender Klebstoff ist auf die Oberseite 8 des Formteils 3 aufgetragen.The molding 3 is a slab of polystyrene foam in the top 8th a gutter 9 is formed, the course of which the shape of the refrigerant pipe 2 equivalent. The depth of the gutter 9 is slightly smaller than the diameter of the before joining the individual components 1 . 2 . 3 the evaporator in the cross section still circular refrigerant pipe 2 , The density of the polystyrene foam is 40 g / dm 3 . A fast-adhering adhesive is on the top 8th of the molding 3 applied.

Der Verdampfer wird zusammengefügt, indem zunächst das Kältemittelrohr 2 in die Rinne 9 des Formteils 3 eingefügt wird. Die auf das Formteil 3 und das Kältemittelrohr 2 aufgelegte Trägerplatte 1 berührt zunächst nur das Kältemittelrohr 2. Die so geschaffene Anordnung wird zwischen zwei Stempeln einer (nicht dargestellten) Presse zusammengedrückt. Die Festigkeit des Materials des Formteils 3 und die Wandstärke des Kältemittelrohrs 2 sind so aufeinander abgestimmt, dass eine plastische Verformung des Rohrquerschnitts auftritt, bevor die Oberseite 8 mit der Trägerplatte 1 in Kontakt kommt. Dabei kann es, wie in 2 dargestellt, in Bereichen des Formteils 3 am Boden der Rinne 9 zu einer Verdichtung des Schaummaterials kommen. Die Kraft der Presse ist jedoch so festgelegt, dass das Formteil 3 nicht auf seiner ganzen Fläche gestaucht werden kann, sondern die Bewegung der Stempel zum Erliegen kommt, wenn die Oberseite 8 die Trägerplatte 1 berührt. Ein Eindringen des Materials des Formteils 3 in die Zwickel 11 zwischen dem Kältemittelrohr 2 und der Trägerplatte 1 ist bei dem gezeigten Beispiel so ausgeschlossen. Je nach Wahl der Dichte für das geschäumte Polystyrol-Formteil 3 können die Zwickel 11 jedoch auch mit dem Material des Formteils 3 verfüllt sein.The evaporator is put together by first connecting the refrigerant pipe 2 into the gutter 9 of the molding 3 is inserted. The on the molding 3 and the refrigerant pipe 2 applied carrier plate 1 At first, only the refrigerant pipe touches 2 , The arrangement thus created is compressed between two punches of a (not shown) press. The strength of the material of the molding 3 and the wall thickness of the refrigerant pipe 2 are coordinated so that a plastic deformation of the pipe cross-section occurs before the top 8th with the carrier plate 1 comes into contact. It can, as in 2 shown in areas of the molding 3 at the bottom of the gutter 9 come to a compression of the foam material. The force of the press, however, is set so that the molded part 3 can not be compressed on its entire surface, but the movement of the stamp comes to a halt when the top 8th the carrier plate 1 touched. An intrusion of the material of the molding 3 in the gusset 11 between the refrigerant pipe 2 and the carrier plate 1 is so excluded in the example shown. Depending on the choice of density for the foamed polystyrene molding 3 can the gussets 11 but also with the material of the molding 3 be filled.

Wenn die Bewegung der Presse aufhört, bleibt im Allgemeinen eine elastische Restverformung des Kältemittelrohrs 2 zurück, so dass dieses zwischen der Trägerplatte 1 und dem Formteil 3 unter Druck steht, die Klebstoffschicht während zwischen der Oberseite 8 und der Trägerplatte 1 zugbelastet ist. Im Laufe der Alterung des Verdampfers können diese elastischen Spannungen durch eine fortschreitende Stauchung der Bereiche 10 abgebaut werden.When the movement of the press ceases, elastic residual deformation of the refrigerant pipe generally remains 2 back, leaving this between the backing plate 1 and the molding 3 under pressure, the adhesive layer while between the top 8th and the carrier plate 1 train is loaded. During the aging of the evaporator, these elastic stresses can be due to a progressive compression of the areas 10 be reduced.

Ein Temperaturfühler 12 zur Überwachung der Temperatur des Verdampfers kann in eine sich vom Rand des Formteils 3 aus zwischen zwei parallele Abschnitte der Rinne 9 erstreckende Rille 13 vor oder nach dem Zusammenkleben von Trägerplatte 1 und Formteil 3 eingefügt werden.A temperature sensor 12 To monitor the temperature of the evaporator can be in a from the edge of the molding 3 from between two parallel sections of the gutter 9 extending groove 13 before or after the gluing together of carrier plate 1 and molding 3 be inserted.

Einer zweiten Ausgestaltung zufolge werden Trägerplatte 1 und Formteil 3 anstatt mit Hilfe eines aufgetragenen Klebers mit Hilfe einer Klebefolie aneinander befestigt. Diese Klebefolie wird vor dem Einfügen des Kältemittelrohrs 2 in die Rinne 9 auf die Oberseite 8 des Formteils 3 aufgebracht. Das Kältemittelrohr 2 wird dann auf die Klebefolie oberhalb der Rinne 9 aufgelegt und in die Rinne 9 hineingedrückt, wobei die Klebefolie je nach Materialbeschaffenheit entlang der Rinne 9 reißen oder gedehnt werden kann. Wie bei der zuvor betrachteten Ausgestaltung finden das Abflachen des Kältemittelrohrs 2 und das Aneinanderkleben von Trägerplatte 1 und Formteil 3 in einem gleichen Arbeitsgang statt.According to a second embodiment, carrier plate 1 and molding 3 instead of being attached to each other with the aid of an adhesive applied by means of an adhesive film. This adhesive film is made before inserting the refrigerant pipe 2 into the gutter 9 on top 8th of the molding 3 applied. The refrigerant pipe 2 is then on the adhesive film above the gutter 9 put on and in the gutter 9 pressed in, the adhesive film depending on the material along the gutter 9 can tear or stretch. As in the previously considered embodiment find the flattening of the refrigerant pipe 2 and the sticking together of support plate 1 and molding 3 in a same operation instead.

Claims (18)

Verfahren zum Herstellen eines Wärmetauschers mit den Schritten a) Bereitstellen einer Trägerplatte (1), eines Formteils (3) aus einem wärmeisolierenden Material, das eine Oberfläche (8) mit einer auf dieser Oberfläche (8) verlaufenden Rinne (9) aufweist, und eines entsprechend dem Verlauf der Rinne (9) geformten Rohrs (2) für ein Wärmeträgerfluid, b) Platzieren des Rohrs (2) in der Rinne (9), c) Befestigen der Trägerplatte (1) an der Oberfläche (8).Method for producing a heat exchanger with the steps a) providing a carrier plate ( 1 ), a molded part ( 3 ) of a heat-insulating material having a surface ( 8th ) with one on this surface ( 8th ) running gutter ( 9 ), and one corresponding to the course of the channel ( 9 ) shaped tube ( 2 ) for a heat transfer fluid, b) placing the tube ( 2 ) in the gutter ( 9 ), c) fixing the carrier plate ( 1 ) on the surface ( 8th ). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke des Rohrs (2) senkrecht zu der Oberfläche (8) größer ist als die Tiefe der Rinne (9), und dass das Rohr (2) zwischen der Trägerplatte (1) und dem Formteil (3) flachgedrückt wird, bis wenigstens Teile der Oberfläche (8) die Trägerplatte (1) berühren.Method according to claim 1, characterized in that the thickness of the tube ( 2 ) perpendicular to the surface ( 8th ) is greater than the depth of the gutter ( 9 ), and that the pipe ( 2 ) between the carrier plate ( 1 ) and the molded part ( 3 ) is pressed flat until at least parts of the surface ( 8th ) the carrier plate ( 1 ) touch. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Formteil (3) durch Expandieren eines Kunststoffmaterials hergestellt wird.Method according to claim 1 or 2, characterized in that the molded part ( 3 ) is made by expanding a plastic material. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffmaterial Polystyrol ist.Method according to claim 3, characterized that the plastic material is polystyrene. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Polystyrol auf eine Dichte von 30 bis 50 g/dm3 expandiert wird.A method according to claim 4, characterized in that the polystyrene is expanded to a density of 30 to 50 g / dm 3 . Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigen durch Kleben erfolgt.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the fastening is done by gluing. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche (8) des Formteils (3) vor dem Zusammendrücken mit einer Klebefolie versehen wird.Method according to claim 6, characterized in that the surface ( 8th ) of the molded part ( 3 ) is provided with an adhesive film before compression. Wärmetauscher mit einer Trägerplatte (1), einem an der Trägerplatte (1) befestigten Formteil (3) aus einem wärmeisolierenden Material, in dem an einer der Trägerplatte (1) zugewandten Oberfläche (8) eine Rinne (9) gebildet ist, in der sich ein Rohr (2) für ein Wärmeträgerfluid erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass die Rinne (9) an dem Formteil (3) vorgeformt und das Rohr (2) in die Rinne (9) eingefügt ist.Heat exchanger with a carrier plate ( 1 ), one on the carrier plate ( 1 ) attached molding ( 3 ) of a heat-insulating material in which on one of the support plate ( 1 ) facing surface ( 8th ) a gutter ( 9 ) is formed, in which a pipe ( 2 ) extends for a heat transfer fluid, characterized in that the channel ( 9 ) on the molded part ( 3 ) preformed and the tube ( 2 ) into the gutter ( 9 ) is inserted. Wärmetauscher nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (2) zumindest abschnittsweise abgeflacht ist und mit der Abflachung an der Trägerplatte (1) anliegt.Heat exchanger according to claim 8, characterized in that the pipe ( 2 ) is flattened at least in sections and with the flattening on the support plate ( 1 ) is present. Wärmetauscher nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (2) durch das wärmeisolierende Material des Formteils (3) bis zur Abflachung hin umschließt.Heat exchanger according to claim 9, characterized in that the tube ( 2 ) by the heat-insulating material of the molded part ( 3 ) encloses to the flattening. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (2) zwischen der Trägerplatte (1) und dem Formteil (3) in Tiefenrichtung der Rinne (9) druckbelastet ist.Heat exchanger according to one of claims 8 to 10, characterized in that the tube ( 2 ) between the carrier plate ( 1 ) and the molded part ( 3 ) in the depth direction of the gutter ( 9 ) is pressure loaded. Wärmetauscher nach Anspruch 8 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Formteil (3) aus einem expandierten Kunststoffmaterial hergestellt ist.Heat exchanger according to claim 8 or 10, characterized in that the molded part ( 3 ) is made of an expanded plastic material. Wärmetauscher nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das expandierte Kunststoffmaterial am Boden der Rinne (9) verdichtet ist.Heat exchanger according to claim 12, characterized in that the expanded plastic material at the bottom of the channel ( 9 ) is compressed. Wärmetauscher nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffmaterial Polystyrol ist.heat exchangers according to claim 12 or 13, characterized in that the plastic material Polystyrene is. Wärmetauscher nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das expandierte Polystyrol eine Dichte von 30 bis 50 g/dm3 hat.Heat exchanger according to claim 14, characterized in that the expanded polystyrene has a density of 30 to 50 g / dm 3 . Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 8 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass Trägerplatte (1) und Formteil (3) verklebt sind.Heat exchanger according to one of claims 8 to 15, characterized in that support plate ( 1 ) and molded part ( 3 ) are glued. Wärmetauscher nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch eine Klebefolie zwischen der Trägerplatte (1) und dem Formteil (3).Heat exchanger according to claim 16, characterized by an adhesive film between the carrier plate ( 1 ) and the molded part ( 3 ). Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 8 bis 17, gekennzeichnet durch eine an der Oberfläche (8) des Formteils (3) gebildete Rille (13) für einen Temperaturfühler (12).Heat exchanger according to one of claims 8 to 17, characterized by a surface ( 8th ) of the molded part ( 3 ) formed groove ( 13 ) for a temperature sensor ( 12 ).
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