Холодильный аппарат и испаритель для него
Группа изобретений относится к холодильному аппарату и к испарителю, используемому в таком холодильном аппарате. Испаритель для холодильного аппарата содержит трубу, по которой проходит хладагент. Указанный испаритель содержит по меньшей мере одну несущую пластину, на которой закреплена труба. Между трубой и несущей пластиной расположен теплораспределительный слой. Теплораспределительный слой является графитосодержащим. Также описан холодильный аппарат. Группа изобретений направлена на обеспечение хорошего теплообмена между трубой и несущей пластиной, повышение экономичности. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 6 ил.
Область техники
Данное изобретение относится к холодильному аппарату, в частности к бытовому холодильному аппарату, и к испарителю, используемому в таком холодильном аппарате.
Уровень техники
Подобный испаритель включает обычно трубу, в которой циркулирует хладагент, несущую пластину, на которой закреплена труба и через которую происходит теплообмен между трубой и одной из охлаждаемых испарителем полостей устройства для охлаждения, и теплораспределительный слой, расположенный между трубой и основанием, который способствует эффективной теплопередаче между основанием и трубкой.
Из патентного документа DE 202005000909 U1 известен испаритель этого типа, у которого несущая пластина представляет собой сформированную во внутренней камере холодильного аппарата ванну морозильной камеры, вокруг которой обернута труба. Возможно расположение между трубой и ванной морозильной камеры металлических пластин в качестве теплораспределительного слоя. Если поверхность соприкосновения такой металлической пластины с ванной морозильной камеры велика, она создает хорошую тепловую связь трубы с морозильной камерой. Однако она тяжела и дорога.
Несколько менее затратное решение - наклеивать алюминиевую фольгу толщиной 30 микрометров на наружные поверхности ванны морозильной камеры, наматывать вокруг нее трубу и приклеивать. Если слой клея, который фиксирует трубу на алюминиевой фольге, достаточно тонок, то достигается теплопроводность испарителя, вполне достаточная для требований практики. Однако как раз этот тонкий слой клея не везде надежно реализуем. Колебания пластичности трубы могут приводить к тому, что отдельные витки трубы не прижимаются к алюминиевой фольге достаточно тесно, так что между ними /и трубой/ остается воздушный зазор или образуется толстый слой клеящего вещества, в значительной степени препятствующий теплопередаче. Алюминиевая фольга дешевле, чем металлическая пластина, но тем не менее существует потребность в более экономичном решении, надежно обеспечивающем хороший теплообмен между трубой и несущей пластиной.
Раскрытие изобретения
Задачей данного изобретения является создание такого испарителя для холодильного аппарата, который при незначительных затратах по меньшей мере равноценен обычному испарителю по своим теплотехническим качествам.
Задача решена благодаря тому, что в испарителе для холодильного аппарата с трубой, по которой проходит хладагент, по меньшей мере одной несущей пластиной, на которой укреплена труба, и теплораспределительным слоем, расположенным между трубой и несущей пластиной, теплораспределительный слой содержит графит. Теплопроводность графита выше, чем теплопроводность многих металлов, и лишь ненамного ниже, чем у алюминия, при значительно меньшей стоимости. Поэтому толщины слоя или пленки графита, которая только немного больше, чем толщина алюминиевой фольги, достаточно для того, чтобы получить испаритель, интенсивность теплообмена в котором по меньшей мере так же велика, как в случае обычного испарителя описанного выше типа, имеющего такой же размер.
Доля графита в теплораспределительном слое предпочтительно должна составлять по меньшей мере 100 мг/см2, еще лучше по меньшей мере 200 мг/см2, с толщиной слоя из чистого графита соответственно в 50 или 100 микрометров. Слой графита такой толщины может легко достичь коэффициента теплопередачи 0,4 Вт/м2·K.
В соответствии с первым вариантом исполнения изобретения теплораспределительный слой включает в себя пленку из по существу чистого графита. По существу чистым с точки зрения настоящего изобретения слой графита может считаться, если возможные примеси не влияют на теплопроводность слоя.
Поскольку чистый графит очень мягок, пленку из чистого графита сложно использовать. В соответствии со вторым вариантом исполнения теплораспределительный слой может содержать пленку из синтетического материала, с графитовым наполнителем. Хотя подобная синтетическая пленка должна в общем случае быть толще, чем чисто графитовая пленка, чтобы достичь такой же теплопроводности, но ее преимущество состоит в большей легкости ее использования. Пленка может иметь макроскопически однородную структуру с частицами графита, включенными в синтетическую матрицу, или же многослойную структуру со слоем графита, проложенным между синтетических слоев.
В соответствии с третьим вариантом исполнения в качестве теплораспределительного слоя рассматривается графитсодержащая пластина из синтетического материала.
Возможно также сочетание в одном испарителе трех вышеупомянутых вариантов исполнения, как подробнее описано ниже.
Преимущество чистого графита в его эластичности, которая обеспечивает возможность при размещении трубы продавить в слое графита углубление и таким образом установить близкий термический контакт между трубой и теплораспределительным слоем на значительно большей поверхности, чем это было бы возможно в обычном случае между трубой и металлической пластиной или металлической фольгой, наклеенной на более крупную пластину. Подобное углубление легко образовать также и в пленке из пластика с графитовым наполнителем, так как подобная пленка в целом будет тем эластичнее, чем выше доля графита в ней. В случае содержащей графит синтетической пластины имеется возможность заранее образовать подобное углубление в пластине, чтобы впоследствии вложить в него трубу.
Вследствие своей довольно высокой по сравнению с пленками жесткости пластина из пластика может также иметь зажимающие трубу выступы, которые обеспечивают плотный термический контакт между пластиной из пластика и трубой.
Эти выступы предпочтительно имеют попарно обращенные друг к другу вогнутые боковые поверхности, в которые вставляется труба.
Чтобы создать большую контактную поверхность для эффективной теплопередачи, выступы целесообразно выполнить в виде ребер, пролегающих вдоль трубы.
Возможно выполнение несущей пластины, образующей стенку холодильной камеры или морозильной камеры холодильного аппарата согласно изобретению.
Если по меньшей мере две стенки морозильной камеры представляют собой несущие пластины теплообменника, то слой теплораспределителя на первой из этих стенок может включать в себя графитсодержащую синтетическую пластину, а вторая стенка - пленку.
Благодаря более высокой по сравнению с пленкой нагрузочной способности синтетической пластины возможно расположение трубы на первой стенке с более плотным прилеганием, чем на второй.
Первая стенка предпочтительно является задней стенкой или дном морозильной камеры. В случае задней стенки целесообразно применение синтетической пластины, так как здесь менее практично закреплять трубу, обматывая ее вокруг морозильной камеры. В области дна, возможно, желательно проложить трубу более плотно, чтобы обеспечить возможность более высокой холодопроизводительности для быстрого замораживания заложенных на хранение охлаждаемых продуктов.
Изобретение, разумеется, также применимо для испарителя, несущая пластина которого свободно расположена во внутреннем пространстве холодильного аппарата.
Краткий комментарий к чертежам
Дальнейшие характеристики и преимущества изобретения следуют из приведенного ниже описания примеров осуществления, ссылающегося на прилагаемые фигуры. На них показано следующее:
| фигура 1 | схематичный разрез бытового холодильного аппарата в соответствии с первым вариантом исполнения изобретения; |
| фигура 2 | схематичный разрез холодильного аппарата в соответствии со вторым вариантом исполнения изобретения; |
| фигура 3 | частичный разрез морозильной камеры холодильного аппарата с фиг.1 или фиг.2, показанный без соблюдения масштаба; |
| фигура 4 | разрез стенки морозильной камеры; |
| фигура 5 | разрез стенки морозильной камеры в соответствии с другим |
вариантом исполнения; и
| фигура 6 | схематическое аксонометрическое изображение внутренней емкости морозильной камеры |
с испарителем согласно изобретению.
Осуществление изобретения
На фиг.1 показан разрез комбинированного бытового холодильного аппарата с корпусом 1, обычной холодильной камерой 2, морозильной камерой 3 и дверями 4, 5 для закрывания камер 2, 3. Камеры 2, 3 известным образом отграничены от окружающего их слоя изоляционного материала посредством внутренней камеры, созданной способом глубокой вытяжки. Каждая из внутренних камер имеет форму коробки с передней частью, открытой соответственно по направлению к дверям 4 и 5, заднюю стенку 7, верхние, нижние и боковые стенки 8, 9 и 10 соответственно. Внешние стороны стенок 8, 9, 10 внутренней камеры морозильной камеры, обращенные к слою 6 изоляционного материала, оклеены пленкой из графита или из пластика с графитовым наполнителем, которая не видна на фиг.1 из-за ее небольшой толщины. Возможно наклеивание пленки отдельно соответственно на каждую стенку 8, 9, 10 или обертывание ее вокруг всех четырех стенок 8, 9, 10. Алюминиевая трубка 11 для хладагента спиралевидно проходит по стенкам 8, 9, 10 внутренней камеры в тесном контакте с пленкой.
На фиг.2 показан альтернативный вариант осуществления холодильного аппарата согласно изобретению. В этом варианте внутренняя камера 6, обернутая слоем изоляционного материала, граничит с внутренним объемом 12, который посредством вмонтированной в нее коробки 13 разделен на морозильную камеру (в полости коробки 13) и обычную холодильную камеру 2 (за пределами коробки 13). Стены коробки 13, выполненные из пластика или металла, снаружи оклеены пленкой из графита или пластиком с графитовым наполнителем, и вокруг пленки винтообразно обвита труба с хладагентом 11.
На фиг.3 схематично и без соблюдения масштаба показан частичный разрез внутренней емкости морозильной камеры холодильного аппарата с фиг.1 или коробки 13 с фиг.2. Показаны верхняя стенка 8, а также смежные части боковой стенки 10. Обозначенная здесь 14 пленка из графита или из пластика с графитовым наполнителем, составляя единое целое, проходит по стенкам 8, 10. Благодаря усилиям, возникающим вследствие наматывания трубы 11 вокруг камеры, труба 11, особенно вблизи закругленных ребер 15, вдавлена в эластичную пленку 14. Изначальная толщина пленки 14 в этих местах показана пунктирной линией. Эта эластичность пленки приводит к более обширному контакту между пленкой 14 и трубой 11 вблизи ребер 15, что, в свою очередь, обеспечивает высокоэффективную теплопередачу между трубой 11 и пленкой 14.
На фиг.4 показан разрез части верхней стенки 8, на котором четко видно, как труба 11 вдавлена в пленку 14.
Кроме того, как показано на фиг.3, часть трубы 11, проходящая между двумя углами, может быть слегка изогнута и все же на протяжении всей своей длины касаться пленки 14. Таким образом, эффективность теплообменника, образуемого трубой 11, пленкой 14 и стенками 8, 9, 10 внутренней камеры, равноценна эффективности обычного испарителя, использующего в качестве теплораспределительного слоя между трубой хладагента и стенкой внутренней камеры алюминиевую пленку, даже в том случае, если коэффициент теплопередачи пленки 14 будет выше, чем у обычной алюминиевой пленки.
На практике, однако, несложно обеспечить для пленки 14 по меньшей мере эквивалентный коэффициент теплопередачи. Если пленка 14 выполнена из чистого графита, то достаточно толщины от 100 до 200 микрометров, чтобы обеспечить коэффициент теплопередачи около 0,5 Вт·м-2K-1, который соответствует характеристике обыкновенной алюминиевой пленки толщиной в 30 микрометров. Эта толщина слоя соответствует количеству графита от 100 до 200 мг/см2, и следует исходить из того, что соответствующего количества графита будет достаточно в пленке с графитовым наполнителем, чтобы достичь того же коэффициента теплопередачи.
Вместо гибкой пленки 14 возможно также использование в качестве теплораспределительного слоя между трубой 11 и стенками 7, 8, 9 и/или 10 пластиковой пластины 16, теплопроводность которой повышена с помощью добавления графита. Правда, количество графита, который может быть добавлен к большинству синтетических материалов, не лишая их прочности, ограничено, поэтому теплопроводность пластиковой пластины 16 в целом будет значительно ниже, чем у пластины из чистого графита. Однако этот недостаток не имеет большого значения, так как подходящие виды пластика недороги, так что достаточный для практических целей коэффициент теплопередачи в 0,4 Вт/м2·K, может быть достигнут за счет выбора достаточной толщины пластиковой пластины 16. На практике толщины пластины 16 от 1 до 2 мм достаточно для того, чтобы вместить нужное количество графита от 100 до 200 мг/см2.
Существенное преимущество пластиковой пластины 16 состоит, однако, в том, что имеется возможность сформировать в ней, как показано на фиг.5, выступы 17, которые зажимают трубу, и таким образом обеспечить эффективную теплопередачу между трубой 11 и пластиной 16. Возможно выполнение подобных выступов, например, в виде крючков, которые прижимают трубу к пластине; предпочтителен показанный на фиг.5. вариант исполнения, в котором выступы 17 выполнены в виде вытянутых в продольном направлении ребер, попарно ограничивающих паз, в который заключена труба 11. Чтобы еще больше улучшить теплопередачу, выступы 17 в форме ребер на фиг.5 имеют обращенные друг к другу вогнутые боковые поверхности 18, радиус кривизны которых соответственно совпадает с наружным радиусом соответствующей трубы 11, так что боковые поверхности 18 и труба 11 соприкасаются на протяжении более чем половины окружности трубы.
На фиг.6 показано аксонометрическое изображение внутренней камеры морозильной камеры в соответствии с вариантом усовершенствования настоящего изобретения в направлении под углом снизу. Верхние, нижние и боковые стенки 8, 9, 10 внутренней камеры, как было описано в связи с фиг.1-3, покрыты графитсодержащей пленкой 14, а обозначенный пунктирно на фиг.6 участок 19 трубы 11 хладагента винтообразно обогнут вокруг стенок 8, 9, 10 в контакте с пленкой 14. Так как на задней стенке 7 внутренней камеры труба 11 не может быть закреплена путем обматывания, как в случае участка 19, здесь приклеена пластина 16 того типа, который описан в связи с фиг.5, и участок 20 трубы 11, проходящий в форме меандра по пластине 16, зажат между соответствующими выступами, исходящими из пластины 16. Таким образом, морозильная камера охлаждается одновременно с пяти сторон; тепло может проникать лишь через открытую переднюю сторону.
Чтобы компенсировать поступление тепла с открытой передней стороны и сохранять максимально возможную однородность распределения температуры в морозильной камере, желательно увеличить плотность, с которой уложена труба 11 в передней части, по меньшей мере в передней части нижней стенки 9. Такая повышенная плотность размещения на одной-единственной стенке, однако, недостижима на участке 19 с трубой, винтообразно обвитой вокруг стенок 8, 9, 10. Чтобы все же обеспечить возможность увеличить плотность расположения в передней области нижней стенки 9, здесь помещена вторая пластина 21 из графитосодержащего пластика: она может быть приклеена к пленке 14, либо в пленке 14 на площади, занимаемой пластиной 21, делается вырез. Часть 22 участка 19 трубы, огибающего стенки 8, 9, 10, проходит по пластиковой пластине 21 в ее продольном направлении. С обеих сторон этой части 22 трубы выполнены пары выступов, между которыми закрепляются участи трубы 23, 24, параллельные участку трубы 21. Эти участки трубы 23, 24 соединены между собой и с концом участка 19 трубы с помощью колен 25, 26. Участок 27 трубы, проходящий вдоль краев 15 между нижней и боковой стенкой 9, 10, представляет собой соединение с трубой, проходящей по задней стенке 7.
1. Испаритель для холодильного аппарата с трубой (11), по которой проходит хладагент, с по меньшей мере одной несущей пластиной (7, 8, 9, 10), на которой закреплена труба (11), и с расположенным между трубой (11) и несущей пластиной (7, 8, 9, 10) теплораспределительным слоем (14, 16, 21), отличающийся тем, что теплораспределительный слой (14, 16, 21) является графитосодержащим.
2. Испаритель по п.1, отличающийся тем, что доля графита в теплораспределительном слое (14, 16, 21) составляет по меньшей мере 100 мг/см2, предпочтительно по меньшей мере 200 мг/см2.
3. Испаритель по п.1, отличающийся тем, что теплораспределительный слой (14, 16, 21) имеет коэффициент теплопередачи по меньшей мере в 0,4 Вт/м2·K.
4. Испаритель по п.1, отличающийся тем, что труба (11) проходит в углублении в теплораспределительном слое (14).
5. Испаритель по одному из пп.1-4, отличающийся тем, что теплораспределительный слой включает в себя пленку (14) из по существу чистого графита.
6. Испаритель по одному из пп.1-4, отличающийся тем, что теплораспределительный слой включает в себя пластиковую пленку (14) с графитовым наполнителем.
7. Испаритель по одному из пп.1-4, отличающийся тем, что теплораспределительный слой включает в себя пластиковую пластину (16, 21).
8. Испаритель по п.7, отличающийся тем, что пластиковая пластина (16, 21) имеет выступы (17), закрепляющие трубу (11).
9. Испаритель по п.8, отличающийся тем, что выступы (17) имеют вогнутые боковые поверхности (18), расположенные попарно друг напротив друга.
10. Испаритель по п.8 или 9, отличающийся тем, что выступы (17) выполнены в виде ребер, расположенных вдоль трубы (11).
11. Холодильный аппарат, в особенности бытовой холодильный аппарат, с испарителем, заявленным в любом из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что несущая пластина (7, 8, 9, 10) образует стенку холодильной или морозильной камеры холодильного аппарата.
12. Холодильный аппарат по п.11, отличающийся тем, что по меньшей мере две стенки (7, 8, 9, 10) морозильной камеры являются несущими пластинами теплообменника и что теплораспределительный слой (14, 16, 21) включает в себя пластиковую пластину (16, 21), наполненную графитом, на первой из стенок (7, 9) и пленку (14) на второй стенке (9).
13. Холодильный аппарат по п.12, отличающийся тем, что труба (11) на первой стенке (9) уложена более плотно, чем на второй стенке (10).
14. Холодильный аппарат по п.12 или 13, отличающийся тем, что первая стенка является задней стенкой (7) или нижней стенкой (9) морозильной камеры.
15. Холодильный аппарат с испарителем, заявленным в любом из пп.1-10, отличающийся тем, что несущая пластина свободно расположена во внутреннем пространстве холодильного аппарата.
