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Gegenstand
dieses Patents ist ein verbesserter Hochleistungsverdampfer, besonders
für, aber nicht
beschränkt
auf, Kühlschränke, Tiefgefriervorrichtungen
und Gefrierfächer.
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Anwendungsbereich
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Das
Patent wird vorzugsweise, aber nicht unbedingt ausschließlich, im
Bereich der Kühlschränke und
Tiefgefriervorrichtungen verwendet wird, in denen es ein internes
Kühlsystem
gibt, mit einem Kondensator und Kompressor außerhalb der Gefriereinheit
und einem Verdampfer in der Gefriereinheit.
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Stand der Technik
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Verdampfer
für Kühlschränke, Tiefgefriervorrichtungen
oder Gefrierfächer
sind weitverbreitet, und ihr Ziel ist es, der Fläche um die Gefriereinheit herum
Hitze zu entziehen, wo sie untergebracht sind, mittels Verdampfung
der Flüssigkeit
in dem Kühlkreislauf,
die sich im Innern befindet.
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Die
Verdampfer werden üblicherweise
durch Zusammenschweißen
zweier Aluminiumbleche hergestellt, um ein Kanalsystem zu bilden,
das einen allmählich
zunehmenden Querschnitt hat, so dass, auf der Grundlage des Gesetzes
der Strömungslehre
für Gase
PV=RT (Druck × Volumen
= Konstante × Temperatur,
wobei die Temperatur die absolute Temperatur angibt), im Zustand
einer Zunahme des Volumens und eines Druckabfalls, es einen Temperaturrückgang gibt.
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Der
Temperaturrückgang
in dem Kanalsystem des Verdampfers führt zu einer Abkühlung des Bereichs
darumherum (Kühlschrank
oder Gefrierfachein heit) aufgrund des Wärmeaustauschs durch Leitung
und Konvektion zwischen der Luft außerhalb des Kanalsystems.
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Um
den Wirkungsgrad des Wärmeaustauschs
zu verbessern, kann das Kanalsystem in verschiedenen Abschnitten
und Bahnen gebildet werden, um die bestmögliche Leistung zu erreichen.
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Das
meistverwendete System, um die Verdampfer herzustellen, ist das
weithin bekannte Walzplattierverfahren, das die Anbringung eines
Ablösungsmusters
voraussieht, mittels Siebdruck zum Beispiel, entsprechend der vorherbestimmten
Struktur des Kanalsystems, auf einer der Innenflächen der beiden Aluminiumbleche,
die zusammengeschweißt werden
sollen, in dem man die beiden Bleche verbindet und durch Warmwalzen
in den Bereichen zusammenschweißt,
die nicht das Ablösungsmuster
aufweisen, gefolgt von einem Glühzyklus
und der Einspritzung, unter Druck, einer Flüssigkeit zwischen die beide
Bleche, die zwischen zwei ausdehnungsbegrenzenden Platten festgeklemmt
werden, um das fertige Kanalsystem zu bilden.
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Die
Kanalsysteme, wie schon gesagt, haben einen fortschreitend veränderlichen
Querschnitt und verschiedene Bahnen entsprechend vielen verschiedenen
Entwürfen,
um dem höchsten
Wärmeaustauschwirkungsgrad
zu erhalten.
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Andere
Lösungen
sehen die Verwendung von Kupferblechen statt Aluminium vor, doch
ist es weithin bekannt, dass reines Aluminium (über 99.5%) eine hohe Leitfähigkeit
hat und dass es durch Verwendung der Walzplattiertechnik verbunden
werden kann. Außerdem
besitzt Aluminium gute Verschleißfestigkeits-Eigenschaften
und bessere nicht-toxische Eigenschaften als andere Metalle, z.
B. Kupfer und Kupferlegierungen (z. B. Messing).
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Nachteile
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Trotz
aller Anstrengungen ist es nicht gelungen, den Wirkungsgrad des
Wärmeaustauschs über die
Grenzen der obengenannten Merkmale hinaus zu verbessern, auch nicht
unter Verwendung der Lehre von
US-A-3172194 . Letztere offenbart eine Wärmeübertragungs-Vorrichtung,
genauer ausgedrückt
ein Wärmeaustauschrohr
mit angeformten Rippen. Ihr Ziel ist: ein Wärmeaustauschrohr für Kessel,
Kühlschränke, Kondensatoren
und dergleichen mit äußeren Rippen.
Gelegentlich wird bei besagter Rippenanbringung eine gewellte innere
Oberfläche
verwirklicht. Aber dieses Verfahren ist kompliziert und teuer und
gestattet es nicht, automatisch einen Verdampfer in einem traditionellen
billigen Walzplattierverfahren zu schaffen, darüberhinaus ist besagte Riffelung
rechtwinklig zum Kanal, das heißt
ein Hindernis für
das Vorrücken
des Flusses.
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Ziel der Erfindung
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Ziel
dieser Erfindung ist es, die obengenannten Einschränkungen
zu überwinden,
ohne den Produktionszyklus der Walzplattiertechnik revolutionieren
zu müssen,
und insbesondere, einen höheren Wärmeaustausch
mit denselben Ausmaßen
und Massen wie bei üblichen
Verdampfern zu garantieren.
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Beschreibung der Erfindung
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Das
Problem wird wie nach den Patentansprüchen durch einen Verdampfer
gelöst,
der unter Verwendung der Walzplattiertechnik hergestellt wird, wobei:
- – er
hergestellt wird, indem man zwei Aluminiumbleche verbindet, zwischen
die mittels einer Ablösungsschicht
ein Kanalsystemmuster gezeichnet ist, so dass die beiden Bleche
nur an den Stellen verbunden sind, wo die besagte Ablösungsschicht nicht
aufgebracht ist;
- – das
besagte Kanalsystem geschaffen wird, indem man eine Flüssigkeit
unter Druck in die Bereiche injiziert, in denen die Ablösungsschicht
aufgebracht ist, um die Bleche zu trennen und eine Lücke dazwischen
in den besagten Bereichen zu schaffen, um in den ausdehnungshemmenden Platten
das Kanalsystem zu bilden;
die Oberflächen entweder einer oder beider
Platten wellenförmig
ist, so dass während
der Ausdehnungsphase, um das besagte Kanalsystem zu schaffen, das
dadurch gekennzeichnet ist, dass die Endform des Kanalsystems, das
eine ähnlich wellenförmige Oberfläche hat,
gebildet wird, besagte Riffelung in dem Kanalsystem geneigte querlaufende
Wellenbewegungen verwirklicht, um ein turbulente, mehr oder weniger
schraubenförmige
oder gewundene Bewegung der Flüssigkeit zu
erzeugen, die in dem besagten Kanalsystem zirkuliert, während sie
vorankommt.
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Die
bei Verwendung dieses Systems erhaltenen Vorteile liegen in der
Bildung des besagten Kanalsystems, damit, verglichen mit Verdampfern
derselben Größe, ein
größerer Oberflächenbereich
in Kontakt mit der Kühlflüssigkeit
kommt.
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Darüberhinaus
erhöht
das geneigte wellenförmige
Profil der Oberfläche,
die in dem Kanalsystem erhalten wird, das die Verdampfungswindung
bildet, nicht nur stark den Oberflächenbereich für den Wärmeaustausch,
sondern verursacht auch eine turbulente Bewegung in der Kühlflüssigkeit,
die den Wärmeaustausch
noch mehr erhöht.
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Das
Produktionsverfahren sieht, wie schon gesagt, vor, dass das Kanalsystem,
das durch das Walzplattierverfahren entsteht, gebildet wird, indem man
Hochdruckluft in die Sandwichstruktur injiziert, die aus oberem
Aluminiumblech, einem Ablösungsmuster
aus hitzebeständiger
Tinte und einem unteren Aluminiumblech besteht.
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Die
beiden Bleche werden durch Vorwärmen und
Warmwalzen zusammengeschweißt,
gefolgt von einem Kaltwalzzyklus.
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In
die Sandwichstruktur wird nach einer passenden Glühbehandlung
Hochdruckluft eingespritzt, die die Trennung der beiden Aluminiumbleche
an den Punkten verursacht, wo das Ablösungstintenmuster aufgebracht
ist, und so das Kanalsystem bildet.
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Die
Verformung in den genannten Bereichen, das heißt, wo das Schweißverfahren
nicht stattgefunden hat, bildet das geneigte wellenförmige Muster,
das heißt,
wellenförmig
geneigt an den Kanälen,
und führt
so zu der erforderlichen Vergrößerung in
dem Oberflächenbereich
und turbulenter Bewegung, wenn die Flüssigkeit ihn durchquert.
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Wenn
die Vergrößerung während des
Lufteinspritzzyklus durchgeführt
wird, werden die äußeren Oberflächen des
Kanalsystems gegen die wellenförmige
Oberfläche
der Begrenzungsplatte oder -platten gedrückt, die so die wellenförmige Endoberfläche definieren.
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Die
Oberfläche
der Platte oder Platten formt auch ihre rauhe Oberfläche zu der
Außenfläche des Kanalsystems
hin, wenn sie zusammengedrückt
werden, und bildet so eine entsprechende Riffelung auch an der Innenseite
des Kanalsystems wegen der konstanten Stärke des verformten Aluminiumbleches. Das
Kanalsystem nimmt daher dieselbe Wellung an wie die ausdehnungshemmenden
Platten, gegen die es gedrückt
und verformt wird. Die Formen, die gebildet werden können, sind
verschiedener Art oder Größe, je nach
der Form der Oberfläche,
gegen die das Verdampferkanalsystem ausgedehnt wird.
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Der
Vorteil ist, dass die besagten Wellungen quer geneigt sind, um der
Kühlflüssigkeit,
die das System durchquert, eine turbulente, schraubenförmige oder
gewundene Bewegung zu verleihen.
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Auf
diese Weise werden die Moleküle
der Flüssigkeit
gezwungen, eine Bahn auszuführen,
die länger
ist als die Bahn des Kanalsystems, mit einer besseren Strömung gegen
die Wände
der Kanäle, was
zu einer beträchtlichen
Zunahme des Wärmeaustauschs
führt.
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Beschreibung einer Anwendung
der Erfindung
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Diese
und weitere Vorteile werden, mit Hilfe der beigefügten Zeichnungen,
in der folgenden Beschreibung einer typischen Anwendung des Systems umrissen,
deren Details als Beispiel anzusehen sind und nicht als Einschränkung.
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1 ist
eine dreidimensionale Ansicht eines Teils eines Verdampfers, der
mittels der Merkmale dieser Erfindung geschaffen wurde.
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2 ist
ein Querschnitt durch einen Kanal in dem Kanalsystem.
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3 ist
eine Längsansicht
des Kanals wie in 2 gezeigt.
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In
den Figuren bezeichnet 1 den Verdampfer.
- 1A und 1B bezeichnen
das obere und das untere Aluminiumblech des Verdampfers.
- "S" bezeichnet die flache
geschweißte
Zone zwischen den Blechen "1A" und "1B"
- "D" gibt die Innenseite
des Kanalsystems an, von denen eine von dem Abtrennmuster bedeckt
wird.
- "C" bezeichnet das Kanalsystem.
- "N" bezeichnet die geneigte
wellenförmige
Form entlang dem Kanalsystem entsprechend dieser Erfindung.
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Die
besagten Wellungen sind mehr oder weniger quer geneigt, um eine
schraubenförmige
Turbulenzzone zu bilden.
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Die
beste Turbulenzform ist die mit geneigter Riffelung und/oder Rippung,
die der Flüssigkeit
eine grundsätzlich
schraubenförmige
(gewundene), turbulente Bewegung verleiht. Auf diese Weise ist der Wärmeaustausch
noch höher,
nicht nur wegen die Erhöhung
des Oberflächenbereichs,
sondern auch aufgrund der turbulenten, schraubenförmigen Bewegung
der Flüssigkeit,
während
sie das Kanalsystem durchläuft.
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Auf
diese Weise werden die Moleküle
der Flüssigkeit
gezwungen, eine längere
Bahn, verglichen mit der Mittellinie des Kanals, auszuführen, und so
ist der Wirkungsgrad zweifellos höher.
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Wie
beansprucht, betrifft die Erfindung einen unter Verwendung des Walzplattierverfahrens
(1) hergestellten Verdampfer, das heißt:
- – durch
Verbindung zweier Aluminiumbleche (1A. 1B) mit
einem Kanalmuster mittels Aufbringung einer Ablösungsschicht (d), so dass,
wenn die beiden Bleche durch Schweißen verbunden sind, das Schweißen nur
an den Oberflächen
durchgeführt
wird, auf denen die Ablösungsschicht
(S) nicht aufgebracht worden ist,
- – wobei
sie durch Autogenschweißen
mittels eines Anwärmverfahrens
und Warmwalzen verbunden werden, gefolgt von einem Kaltwalzverfahren und
einem Glühverfahren,
- – wobei
das Kanalsystem gebildet wird, indem man Flüssigkeit unter Druck in die
Bereiche injiziert, in denen die Ablösungsschicht (d) aufgebracht
wurde, um die beiden Bleche zu trennen und eine Lücke in den
besagten Bereichen zu bilden, um das Kanalsystem (C) entsprechend
einer Größe und Form
zu bilden, die von den ausdehnungshemmenden Platten bestimmt wird.
wobei: - – die
Oberflächen
der Platten sind wellenförmig, um
das Kanalsystem durch eine Ausdehnungsphase zu bilden, in der
- – die
Endform des Kanalsystems eine ähnlich
wellenförmige
Form (n) annimmt.
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Der
Vorteil ist, dass die besagte Riffelung (n) in dem Kanalsystem (C)
gebildet wird, um der Kühlflüssigkeit,
die das Kanalsystem (C) durchquert, eine schraubenförmige turbulente
Bewegung zu verleihen.
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Ein
anderer Vorteil ist, dass die besagte Riffelung auch Rippen oder
querlaufende Wellen (n) aufweist.
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Bei
der Lösung
hat die besagte Riffelung auch quer geneigte Rippen oder Wellen
(n), um der Flüssigkeit,
die in dem Kanalsystem (C) zirkuliert, während sie vorankommt, eine
turbulente, mehr oder weniger schraubenförmige Bewegung zu verleihen.
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Mit
diesen Kombinationen können
optimale Ergebnisse in Bezug auf erhöhten Wirkungsgrad erreicht
werden, mit derselben Größe des Verdampfers und
demselben Energieverbrauch der Ausrüstung. Alternativ können Vorrichtungen
mit derselben Wärmeaustauschkapazität mit geringerem
Stromverbrauch erhalten werden.
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Das
Produktionsverfahren verläuft
folgendermaßen:
- – man
nimmt zwei Aluminiumbleche mit einer Reinheit von etwa 99.5% (1A, 1B);
- – man
bringt auf einem der beiden Bleche, entsprechend einem vorherbestimmten
Muster, eine Ablösungsschicht
(D) an, die resistent gegen die Hitze ist, die während des Schweißens der
beiden Bleche erzeugt wird, um das Schweißen in den Bereichen der Ablösungsschicht
(D) zu vermeiden;
- – man
fügt die
beiden Bleche (1A, 1B) zusammen und unterwirft
sie einem Anwärmzyklus
und einem Warmwalzzyklus zum Autogenschweißen der Bereiche und Oberflächen, die
in Kontakt sind und nicht von der Ablösungsschicht (d) bedeckt sind;
- – man
führt einen
Kaltwalzzyklus der Bleche durch, die zusammengeschweißt sind;
- – man
führt einen
Glühzyklus
der Bleche durch;
- – man
presst die wie oben beschrieben behandelten Bleche zwischen zwei
ausdehnungshemmende Platten;
- – wobei
die negativen Oberflächen
der Platte(n) wellenförmig
sind;
- – das
Kanalsystem wird dann zwischen den Begrenzungsplatten gebildet,
indem man Druckluft in die Bereiche injiziert, wo die Ablösungsschicht (d)
aufgebracht wurde, um die Bleche zu trennen und eine Lücke in den
Bereichen zu bilden, wo die Ablösungsschicht
(d) aufgebracht wurde, und bildet so das Kanalsystem (C), so dass;
die
Endform, die von dem Kanalsystem auf dem Verdampfer gebildet wird, ähnlich wellenförmig (N)
ist, so dass Wellen entstehen, die schraubenförmige Turbulenz in der vorrückenden
Flüssigkeit erzeugt.
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In
der Beschreibung zitierte Patentdokumente