DE102012101980A1 - Vaporizer for refrigerant circuit in air and/or water heat pump heating system for heating e.g. industrial water, has nano-coating coated on outer surface of vaporizer, where ice is set on region of vaporizer in normal operation condition - Google Patents

Vaporizer for refrigerant circuit in air and/or water heat pump heating system for heating e.g. industrial water, has nano-coating coated on outer surface of vaporizer, where ice is set on region of vaporizer in normal operation condition Download PDF

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Abstract

The vaporizer (1) has a nano-coating partially coated on an outer surface of the vaporizer, where ice is set on a region of the vaporizer in a normal operation condition of the vaporizer. Pipes incorporate to intended slots on which particles are set off or stuck. The nano-coating includes better-hydrophobic properties and better heat conducting properties. The nano-coating is designed as an electrical leading nano-coating and carbon nano-tube containing nano-coating. A controlling device (6) controls a heat pump heating system i.e. air and/or water heat pump heating system.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, d.h. einen Verdampfer insbesondere für einen Kältemittelkreislauf. The present invention relates to a device according to the preamble of claim 1, i. an evaporator, in particular for a refrigerant circuit.

Ein solcher Kältemittelkreislauf kommt beispielsweise, aber nicht ausschließlich in Wärmepumpenheizsystemen zum Einsatz. Solche Wärmepumpenheizsysteme können zum Beispiel zur Erwärmung von Heizwasser und/oder Brauchwasser, aber auch von beliebigen anderen Medien verwendet werden. Die zur Erwärmung des zu erwärmenden Mediums benötigte Energie kann dabei der Luft entnommen werden, die dem Wärmepumpenheizsystem zugeführt wird. Solche Wärmepumpenheizsysteme werden als Luft/Wasser-Wärmepumpenheizsysteme bezeichnet und sind zur Beheizung von Gebäuden und zur Warmwasserbereitung weit verbreitet. Such a refrigerant circuit is used, for example, but not exclusively in heat pump heating systems. Such heat pump heating systems can be used, for example, for heating heating water and / or process water, but also of any other media. The energy required for heating the medium to be heated can be taken from the air which is supplied to the heat pump heating system. Such heat pump heating systems are referred to as air / water heat pump heating systems and are widely used for heating buildings and water heating.

Der prinzipielle Aufbau eines solchen Wärmepumpenheizsystems ist in 1 veranschaulicht. The basic structure of such a heat pump heating system is in 1 illustrated.

Das in der 1 gezeigte Wärmepumpenheizsystem wird im wesentlichen durch einen von einem Kältemittel durchströmten geschlossenen Kältemittelkreislauf gebildet, welcher einen Verdichter 1, einen Verflüssiger 2, ein thermostatisches Expansionsventil 3, und einen Verdampfer 4 enthält. Darüber hinaus sind ein dem Verdampfer 4 zugeordneter Ventilator 5, welcher einen den Verdampfer 4 passierenden Luftstrom erzeugt, sowie eine die vorstehend genannten Komponenten steuernde Steuereinrichtung 6 vorgesehen. That in the 1 The heat pump heating system shown is essentially formed by a flowed through by a refrigerant closed refrigerant circuit, which is a compressor 1 , a liquefier 2 , a thermostatic expansion valve 3 , and an evaporator 4 contains. In addition, a the evaporator 4 assigned fan 5 , which one the evaporator 4 generates passing air flow, as well as a control device controlling the above components 6 intended.

Der Vollständigkeit halber sei bereits an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass hier nur die vorliegend besonders interessierenden Komponenten des Wärmepumpenheizsystems gezeigt sind und beschrieben werden. Wärmepumpenheizsysteme enthalten üblicherweise eine ganze Reihe weiterer Komponenten wie beispielsweise diverse Temperatursensoren und Druckschalter, eine Kondensatwanne, eine Kondensatwannenheizung, etc.. For the sake of completeness, it should already be pointed out at this point that only the components of the heat pump heating system of particular interest here are shown and described. Heat pump heating systems usually contain a whole range of other components, such as various temperature sensors and pressure switches, a condensate tray, a condensate tray heating, etc.

Durch den Verdichter 1 wird das durch den Kältemittelkreislauf zirkulierende Kältemittel verdichtet, wobei diese Verdichtung eine entsprechend starke Erhitzung des Kältemittels zur Folge hat. Das (auch als Heißgas bezeichnete) erhitzte Kältemittel gelangt vom Verdichter 1 zum Verflüssiger 2. Der Verflüssiger 2 ist ein vom Heißgas und dem durch das Wärmepumpenheizsystem zu erwärmenden Medium (Heizwasser, Brauchwasser etc.) durchströmter Wärmetauscher. In diesem Wärmetauscher erfolgt eine Erwärmung des durch das Wärmepumpenheizsystem zu erwärmenden Mediums. Einhergehend damit kühlt sich das Kältemittel ab. Das Kältemittel gelangt vom Verflüssiger 2 zum thermostatischen Expansionsventil 3. Durch das Expansionsventil 3 wird das immer noch unter Druck stehende Kältemittel expandiert. Hierdurch kühlt sich Kältemittel noch weiter ab. Das expandierte Kältemittel gelangt vom Expansionsventil 3 weiter zum Verdampfer 4. Der Verdampfer 4 ist ein vom Kältemittel durchströmter Wärmetauscher, der von einem vom Ventilator 5 erzeugten Luftstrom passiert wird. Die Luft ist beispielsweise von außerhalb des Gebäudes angesaugte Außenluft und/oder von innerhalb des Gebäudes angesaugte, beispielsweise von einem Wäschetrockner oder einem Kochherd erzeugte warme Luft. Da der den Verdampfer 4 passierende Luftstrom wärmer ist als das am Verdampfer 4 ankommende Kältemittel, wird das Kältemittel im Verdampfer 4 durch die daran vorbeiströmende Luft erwärmt. Das Kältemittel gelangt vom Verdampfer 4 weiter zum Verdichter 1, in welchem es wieder verdichtet wird. Through the compressor 1 the refrigerant circulating through the refrigerant circuit is compressed, this compression resulting in a correspondingly high heating of the refrigerant. The heated refrigerant (also called hot gas) comes from the compressor 1 to the liquefier 2 , The condenser 2 is a heat exchanger through which the hot gas and the medium to be heated by the heat pump heating system (heating water, service water, etc.) flows. In this heat exchanger, heating of the medium to be heated by the heat pump heating system takes place. Along with it, the refrigerant cools down. The refrigerant passes from the condenser 2 to the thermostatic expansion valve 3 , Through the expansion valve 3 the still pressurized refrigerant is expanded. As a result, refrigerant cools down even further. The expanded refrigerant passes from the expansion valve 3 continue to the evaporator 4 , The evaporator 4 is a heat exchanger through which the refrigerant flows, that of one from the fan 5 generated airflow is passed. The air is, for example, outside air drawn from outside the building and / or from inside the building sucked, for example, from a tumble dryer or a cooker generated hot air. Since the the evaporator 4 passing airflow is warmer than that at the evaporator 4 incoming refrigerant, the refrigerant is in the evaporator 4 heated by the air flowing past it. The refrigerant passes from the evaporator 4 continue to the compressor 1 in which it is compressed again.

Die Steuereinrichtung 6 steuert das Wärmepumpenheizsystem. Sie überwacht unter anderem die Temperatur des zu erwärmenden und/oder des erwärmten Mediums und schaltet das Wärmepumpenheizsystem, genauer gesagt den Verdichter 1 und den Ventilator 5 desselben in Abhängigkeit hiervon und von weiteren Parametern ein und aus. Die Steuereinrichtung 6 hat darüber hinaus eine ganze Reihe weiterer Funktionen wie beispielsweise, aber nicht ausschließlich, das Abschalten des Verdichters 1 und des Ventilators 5, wenn der Druck in dem das Heißgas führenden Teil des Kältemittelkreislaufes zu groß wird. The control device 6 controls the heat pump heating system. Among other things, it monitors the temperature of the medium to be heated and / or the heated medium and switches the heat pump heating system, more precisely the compressor 1 and the fan 5 the same depending on this and other parameters on and off. The control device 6 It also has a number of other features such as, but not limited to, turning off the compressor 1 and the fan 5 when the pressure in the part of the refrigerant circuit carrying the hot gas becomes too large.

Während des Betriebes des Wärmepumpenheizsystems bildet sich auf dem Verdampfer 4 Eis. Dies rührt daher, dass das den Verdampfer 4 durchströmende Kältemittel bei bestimmten Betriebszuständen eine unter 0° C liegende Temperatur aufweist. Dadurch kommt es am Verdampfer 4 zur Bildung von Kondenswasser, welches sogleich gefriert. During operation of the heat pump heating system forms on the evaporator 4 Ice cream. This is due to the fact that the evaporator 4 flowing refrigerant has a temperature below 0 ° C in certain operating conditions. This is what happens on the evaporator 4 to form condensation, which immediately freezes.

Die sich auf dem Verdampfer 4 dadurch ausbildende Eisschicht behindert den Wärmeaustausch zwischen der am Verdampfer 4 vorbeiströmenden Luft und dem Kältemittel. Bei dicker werdender Eisschicht kann der Wämeaustausch sogar ganz zum Erliegen kommen. Which is on the evaporator 4 As a result, the formation of ice blocks the heat exchange between the evaporator 4 passing air and the refrigerant. As the ice layer thickens, the heat exchange can even come to a standstill.

Deshalb muss das sich am Verdampfer 4 ausbildende Eis von Zeit zu Zeit abgetaut werden. Dies wird häufig unter Verwendung der sogenannten Kreislaufumkehr bewerkstelligt. Der prinzipielle Aufbau eines Wärmepumpenheizsystems, bei welchem dies möglich ist, ist in 2A veranschaulicht. That's why it has to be on the evaporator 4 ice from time to time to be defrosted. This is often done using the so-called cycle reversal. The basic structure of a heat pump heating system, in which this is possible, is in 2A illustrated.

Das in der 2A gezeigte Wärmepumpenheizsystem enthält sämtliche Komponenten des in der 1 gezeigten Wärmepumpenheizsystems. Mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnete Komponente sind gleiche oder einander entsprechende Komponenten. Zusätzlich enthält das in der 2A gezeigte Wärmepumpenheizsystem ein Vierwegeventil 7. Das Vierwegeventil 7 weist vier Anschlüsse auf, die wie in der 2A gezeigt mit dem Verdichter 1, dem Verflüssiger 2, und dem Verdampfer 4 verbunden sind. Von den vier Anschlüssen sind jeweils zwei Anschlüsse über interne Verbindungswege miteinander verbunden. Die internen Verbindungswege sind jedoch veränderbar. D.h., es ist einstellbar, welcher Anschluss des Vierwegeventils 7 mit welchem anderen Anschluss des Vierwegeventils 7 verbunden ist. Genauer gesagt kann durch die Steuereinrichtung 6 eingestellt werden, welcher Anschluss des Vierwegeventils 7 mit welchem anderen Anschluss des Vierwegeventils 7 verbunden ist. That in the 2A shown heat pump heating system contains all the components of the 1 shown heat pump heating system. Components denoted by the same reference numerals are the same or each other corresponding components. In addition, that contains in the 2A Heat pump heating system shown a four-way valve 7 , The four-way valve 7 has four ports, as in the 2A shown with the compressor 1 , the liquefier 2 , and the evaporator 4 are connected. Of the four ports, two are each connected via internal communication paths. However, the internal connection paths are changeable. That is, it is adjustable, which connection of the four-way valve 7 with which other connection of the four-way valve 7 connected is. More precisely, by the control device 6 to be set, which connection of the four-way valve 7 with which other connection of the four-way valve 7 connected is.

Es existieren zwei verschiedene Einstellmöglichkeiten, wobei die sich bei der ersten Einstellung der internen Verbindungswege des Vierwegeventils 7 ergebenden Verbindungen zwischen den einzelnen Komponenten des Wärmepumpenheizsystems in 2B veranschaulicht sind, und wobei die sich bei der zweiten Einstellung der internen Verbindungswege des Vierwegeventils 7 ergebenden Verbindungen zwischen den einzelnen Komponenten des Wärmepumpenheizsystems in 2C veranschaulicht sind. There are two different settings, which are the first setting of the internal communication paths of the four-way valve 7 resulting connections between the individual components of the heat pump heating system in 2 B are illustrated, and wherein in the second setting of the internal communication paths of the four-way valve 7 resulting connections between the individual components of the heat pump heating system in 2C are illustrated.

Die Verbindungen, die sich bei der ersten Einstellung der internen Verbindungswege des Vierwegeventils 7 ergeben (siehe 2B), sind genau die selben Verbindungen wie bei dem in der 1 gezeigten Wärmepumpenheizsystem. D.h., in der ersten Einstellung des Vierwegeventils 7 befindet sich das in der 2A gezeigte Wärmepumpenheizsystem in der Heiz-Betriebsart. The connections that occur at the first setting of the internal communication paths of the four-way valve 7 result (see 2 B ), are exactly the same connections as in the 1 shown heat pump heating system. That is, in the first setting of the four-way valve 7 is that in the 2A shown heat pump heating system in the heating mode.

Die Verbindungen, die sich bei der zweiten Einstellung der internen Verbindungswege des Vierwegeventils 7 ergeben (siehe 2C), haben im Ergebnis zur Folge, dass eine Kreislaufumkehr erfolgt. Genauer gesagt ist es hier so, dass das den Verflüssiger 2 verlassende Kältemittel durch den Verdichter 1 verdichtet wird, und das verdichtete und dementsprechend heiße Kältemittel (das Heißgas) in den Verdampfer 4 gelangt. Die hohe Temperatur des den Verdampfer 4 durchströmenden Kältemittels hat zur Folge, dass das auf dem Verdampfer 4 vorhandene Eis schmilzt. D.h., bei der zweiten Einstellung der internen Verbindungswege des Vierwegeventils 7 befindet sich das in der 2A gezeigte Wärmepumpenheizsystem in einer Abtau-Betriebsart. The connections resulting in the second setting of the internal communication paths of the four-way valve 7 result (see 2C ) result in a result that a circulation reversal occurs. More specifically, it is here that the condenser 2 leaving refrigerant through the compressor 1 is compressed, and the compressed and accordingly hot refrigerant (the hot gas) in the evaporator 4 arrives. The high temperature of the evaporator 4 flowing refrigerant has the consequence that on the evaporator 4 existing ice melts. That is, in the second setting of the internal communication paths of the four-way valve 7 is that in the 2A heat pump heating system shown in a defrost mode.

Ein derartiges Abtauen des Verdampfers 4 weist den Nachteil auf, dass hierbei relativ viel Energie verbraucht wird. Erstens wird elektrische Energie für den Betrieb des Verdichters 1 benötigt, und zweitens entzieht das Kältemittel dem zu erwärmenden Medium im Verflüssiger 2 Wärme, die dem Kältemittel in einer auf die Abtau-Phase folgenden Heiz-Phase wieder zugeführt werden muss. Letzteres rührt daher, dass sich das Kältemittel im Verdampfer 2 und in dem (in Bezug auf die Strömungsrichtung des Kältemittels) dahinter angeordneten thermostatischen Expansionsventil 3 stark abkühlt, und somit das den Verflüssiger 2 durchströmende Kältemittel sehr viel kälter ist als das durch das Wärmepumpenheizsystem zu erwärmende Medium. Dadurch findet im Verflüssiger 2 eine Abkühlung des zu erwärmenden Mediums (und eine Erwärmung des Kältemittels) statt. Das erneute Wiedererwärmen des zu erwärmenden Mediums nach dem Abtauen führt zu einem weiteren Verbrauch an elektrischer Energie. Dies geht zu Lasten der Effizienz des Wärmepumpenheizsystems. Darüber hinaus steht während des Abtauens keine Heizleistung zur Verfügung. Such defrosting of the evaporator 4 has the disadvantage that in this case relatively much energy is consumed. First, will be electrical energy for the operation of the compressor 1 secondly, the refrigerant removes the medium to be heated in the condenser 2 Heat that must be returned to the refrigerant in a heating phase following the defrost phase. The latter is due to the fact that the refrigerant in the evaporator 2 and in the (with respect to the flow direction of the refrigerant) arranged behind the thermostatic expansion valve 3 strongly cools, and thus the condenser 2 flowing refrigerant is much colder than the medium to be heated by the heat pump heating system. This takes place in the liquefier 2 a cooling of the medium to be heated (and a heating of the refrigerant) instead. The renewed reheating of the medium to be heated after defrosting leads to a further consumption of electrical energy. This is at the expense of the efficiency of the heat pump heating system. In addition, no heating power is available during defrosting.

Ein weiteres bekanntes Verfahren zur Abtauung des Verdampfers 4 ist die sogenannte Heißgasabtauung. Ein Wärmepumpenheizsystem, bei welchem eine Heißgasabtauung möglich ist, ist ein Wärmepumpenheizsystem gemäß 1, bei welchem jedoch zwischen dem Ausgang des Verdichters 1 und dem Eingang des Verdampfers 4 eine zusätzliche Verbindung vorgesehen ist. Ein solches Wärmepumpenheizsystem arbeitet während der Heiz-Phasen wie das in der 1 gezeigte Wärmepumpenheizsystem; die zusätzliche Verbindung zwischen dem Ausgang des Verdichters 1 und dem Eingang des Verdampfers 4 ist während der Heiz-Phasen blockiert. In den Abtau-Phasen wird der Kältemittelkreislauf an einer zwischen dem Verdichter 1 und dem Verflüssiger 2 liegenden Stelle unterbrochen und die zusätzliche Verbindung zwischen dem Ausgang des Verdichters 1 und dem Eingang des Verdampfers 4 geöffnet. Dadurch gelangt das vom Verdichter 1 erzeugte Heißgas wie bei der Kreislaufumkehr direkt in den Verdampfer 4 und taut diesen ab. Eine derartige Abtauung des Verdampfers 4 hat jedoch die selben Nachteile wie die Abtauung durch eine Kreislaufumkehr. Another known method for defrosting the evaporator 4 is the so-called hot gas defrost. A heat pump heating system in which hot gas defrosting is possible is a heat pump heating system according to 1 in which, however, between the output of the compressor 1 and the entrance of the evaporator 4 an additional connection is provided. Such a heat pump heating system works during the heating phases like that in the 1 shown heat pump heating system; the additional connection between the output of the compressor 1 and the entrance of the evaporator 4 is blocked during the heating phases. In the defrosting phases, the refrigerant circuit is at one between the compressor 1 and the liquefier 2 lying point interrupted and the additional connection between the output of the compressor 1 and the entrance of the evaporator 4 open. This will get away from the compressor 1 produced hot gas as in the circulation reversal directly into the evaporator 4 and thaw it off. Such defrosting of the evaporator 4 However, it has the same disadvantages as the defrost by a circulation reversal.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zu finden, durch welche der durch die Eisentfernung verursachte Mehrbedarf an elektrischer Energie und/oder die Dauer, während welcher der normale Betrieb des den Verdampfer enthaltenden Kältemittelkreislaufes für das Abtauen des Verdampfers unterbrochen werden muss, reduzierbar sind. The present invention is therefore based on the object to find a way by which the caused by the ice removal increased demand for electrical energy and / or the duration during which the normal operation of the evaporator-containing refrigerant circuit for defrosting the evaporator must be interrupted are reducible.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den in Patentanspruch 1 beanspruchten Verdampfer gelöst. This object is achieved by the claimed in claim 1 evaporator.

Hierdurch kann auf einfache Weise erreicht werden, dass sich während des normalen Betriebes des Verdampfers erst gar kein Eis oder weniger Eis auf dem Verdampfer bildet und/oder dass sich auf dem Verdampfer bildendes Eis während des normalen Betriebes des den Verdampfer enthaltenden Systems besonders einfach und wirkungsvoll entfernt werden kann. Dadurch muss der Betrieb des Verdampfers entweder überhaupt nicht mehr, zumindest aber weniger häufig und/oder weniger lange unterbrochen werden, um diesen auf die herkömmliche Art und Weise abzutauen. Folglich kann das den Verdampfer enthaltende System, beispielsweise der den Verdampfer enthaltende Kältemittelkreislauf effizienter und mit weniger Unterbrechungen arbeiten. This can be achieved in a simple manner that forms no ice or less ice on the evaporator during normal operation of the evaporator and / or that forming on the evaporator ice during the normal operation of the evaporator-containing system can be particularly easily and effectively removed. As a result, the operation of the evaporator either no longer at all, but at least less frequently and / or less long to be interrupted in order to defrost it in the conventional manner. Thus, the system including the evaporator, such as the refrigerant circuit containing the evaporator, can operate more efficiently and with fewer interruptions.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen, der folgenden Beschreibung, und den Figuren entnehmbar. Advantageous developments of the invention are the dependent claims, the following description, and the figures removed.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert. Es zeigen The invention will be explained in more detail by means of embodiments with reference to the figures. Show it

1 den prinzipiellen Aufbau eines Wärmepumpenheizsystems, 1 the basic structure of a heat pump heating system,

2A den prinzipiellen Aufbau eines Wärmepumpenheizsystems, bei welchem bei Bedarf eine Kreislaufumkehr erfolgen kann, 2A the basic structure of a heat pump heating system in which, if necessary, a circulation can be reversed,

2B die sich zwischen den Komponenten des in der 2A gezeigten Wärmepumpenheizsystems einstellenden Verbindungen, wenn sich das Wärmepumpenheizsystem in der Heiz-Betriebsart befindet, und 2 B which is between the components of in the 2A heat pump heating system adjusting connections when the heat pump heating system is in the heating mode, and

2C die sich zwischen den Komponenten des in der 2A gezeigten Wärmepumpenheizsystems einstellenden Verbindungen, wenn sich das Wärmepumpenheizsystem in der Abtau-Betriebsart befindet. 2C which is between the components of in the 2A heat pump heating system adjusting connections when the heat pump heating system is in the defrost mode.

Der hier vorgestellte Verdampfer ist im betrachteten Beispiel Bestandteil eines Kältemittelkreislaufes, welcher seinerseits wiederum Bestandteil eines Wärmepumpenheizsystems, genauer gesagt eines Luft/Wasser-Wärmepumpenheizsystems ist. Es sei jedoch bereits an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass hierauf keine Einschränkung besteht. Der hier vorgestellte Verdampfer kann auch in beliebigen anderen Systemen und für beliebige andere Zwecke verwendet werden. The evaporator presented here is in the example considered part of a refrigerant circuit, which in turn is part of a Wärmepumpenheizsystems, more precisely an air / water Wärmepumpenheizsystems. However, it should be noted at this point that there is no restriction. The evaporator presented here can also be used in any other systems and for any other purposes.

Der prinzipielle Aufbau des Wärmepumpenheizsystems, dessen Bestandteil der hier vorgestellte Verdampfer ist, entspricht im betrachteten Beispiel dem Aufbau des in der 1 gezeigten und eingangs bereits ausführlich beschriebenen Wärmepumpenheizsystems. The basic structure of the heat pump heating system, which is part of the evaporator presented here, in the example considered corresponds to the structure of in the 1 shown and already described in detail already heat pump heating system.

Wie vorstehend bereits erwähnt wurde, ist der Verdampfer ein Wärmetauscher. Er besteht aus vom Kältemittel durchflossenen Rohren mit darauf montierten Lamellen. Die Rohre bestehen meistens aus Kupfer oder Aluminium, und die Lamellen meistens aus Aluminium, wobei hierauf jedoch keine Einschränkung bestehen soll. As already mentioned above, the evaporator is a heat exchanger. It consists of pipes through which refrigerant flows with lamellae mounted on them. The tubes are usually made of copper or aluminum, and the slats mostly made of aluminum, but this should not be limited.

Der hier vorgestellte Verdampfer zeichnet sich dadurch aus, dass die Außenoberfläche des Verdampfers zumindest teilweise oder ganzheitlich mit einer Nanobeschichtung beschichtet ist. The evaporator presented here is characterized in that the outer surface of the evaporator is at least partially or completely coated with a nano-coating.

Hierdurch kann auf einfache Weise erreicht werden, dass sich während des normalen Betriebes des Verdampfers erst gar kein Eis oder weniger Eis auf dem Verdampfer bildet und/oder dass sich auf dem Verdampfer bildendes Eis während des normalen Betriebes des Verdampfers besonders einfach und wirkungsvoll entfernt werden kann. This can be achieved in a simple manner that no ice or less ice forms on the evaporator during normal operation of the evaporator and / or that ice forming on the evaporator can be removed in a particularly simple and effective manner during normal operation of the evaporator ,

Der Einsatz von Nanobeschichtungen für diesen Zweck erweist sich als besonders wirkungsvoll, weil sich bei Nanobeschichtungen aufgrund der geringen Größe der Teilchen, aus welchen Nanobeschichtungen zusammengesetzt sind, im Gegensatz zu normalen Beschichtungen nahezu beliebige Oberflächenstrukturen und damit auch nahezu beliebige Oberflächeneigenschaften der Beschichtung erzielen lassen. The use of nanocoatings for this purpose proves to be particularly effective because in nanocoatings due to the small size of the particles of which nanocoatings are composed, in contrast to normal coatings almost any surface structures and thus also almost any surface properties of the coating can be achieved.

Zu den zur Verdampfer-Beschichtung geeigneten Nanobeschichtungen gehören Nanobeschichtungen, an welchen sich darauf absetzende Partikel nicht oder nur schwach haften. Nano-coatings suitable for evaporator coating include nano-coatings to which particles depositing thereon do not or only weakly adhere.

Nanobeschichtungen, an welchen sich darauf absetzende Partikel nicht oder nur schwach haften, sind bereits bekannt. Hierzu zählen beispielsweise Nanobeschichtungen, die schmutzabweisende Eigenschaften aufweisen, oder stärker haftende Beläge wie beispielsweise Graffities und dergleichen Schmierereien leichter entfernen lassen. Nanocoatings to which particles depositing thereon do not or only weakly adhere are already known. These include, for example, nanocoatings which have soil-repelling properties, or which are easier to remove more adherent deposits such as graffiti and the like.

Welche von den bereits erhältlichen Nanobeschichtungen am besten geeignet ist, lässt sich jedoch nicht pauschal sagen, sondern ist auf den jeweiligen Anwendungsfall abzustimmen. Die gewählte Nanobeschichtung soll einerseits eine Beschichtung sein, an welcher Eis nicht oder nur schwach haftet, muss aber andererseits selbst fest auf dem Untergrund haften, für die im Betrieb auftretenden Temperaturen geeignet sein, widerstandsfähig gegen in der Umgebung vorhandene Chemikalien sein, und diverse weitere Bedingungen erfüllen. Das heißt, es hängt unter anderem auch vom Verdampfer selbst (Material, Oberflächenbeschaffenheit, Form, etc.), und den im Einsatz herrschenden Bedingungen (Temperatur, Vibrationen, Chemikalien in der Umgebung, etc.) ab. Dies gilt auch für die später angesprochenen weiteren Nanobeschichtungen, die hier zum Einsatz kommen können. However, it is not possible to say which of the already available nanocoatings is best, but rather to agree on the respective application. On the one hand, the chosen nano-coating should be a coating on which ice does not or only weakly adhere, but on the other hand must adhere firmly to the substrate itself, be suitable for the temperatures occurring during operation, be resistant to chemicals present in the environment, and various other conditions fulfill. That means, among other things, it also depends on the evaporator itself (material, surface condition, shape, etc.), and the conditions prevailing in the application (temperature, vibrations, chemicals in the environment, etc.). This also applies to the other nanocoatings mentioned later, which can be used here.

Vorzugsweise wird eine Nanobeschichtung gewählt, an welcher das sich darauf bildende Eis so schwach haftet, dass es zumindest teilweise entweder von selbst vom Verdampfer abfällt, oder durch einen Ventilator vom Verdampfer abgeblasen wird. Dieser Ventilator ist vorzugsweise der im Wärmepumpenheizsystem von Haus aus vorhandene Ventilator 5. Es könnte aber auch ein separater zusätzlicher Ventilator vorgesehen werden. Zusätzlich oder alternativ könnte vorgesehen werden, den ganzen Verdampfer oder ausgewählte Teile im Schwingungen bzw. Vibrationen zu versetzen und hierdurch das Abfallen des Eises zu bewirken oder zu unterstützen. Preferably, a nano-coating is selected, at which the ice formed on it adheres so weakly that it at least partially falls off either by itself from the evaporator, or is blown off by a fan from the evaporator. This fan is preferably the fan that is naturally present in the heat pump heating system 5 , But it could also be provided a separate additional fan. Additionally or alternatively it could be provided to vibrate the entire evaporator or selected parts or vibrations and thereby cause or support the falling of the ice.

Durch die Beschichtung von wenigstens Teilen der Außenoberfläche des Verdampfers mit einer Nanobeschichtung, an welcher sich darauf absetzende Partikel nicht oder nur schwach haften, kann erreicht werden, dass sich am Verdampfer bildendes Eis von selbst vom Verdampfer abfällt oder auf einfache Art und Weise zum Abfallen gebracht werden kann. Dies hat den positiven Effekt, dass entweder überhaupt kein Abtauen des Eises mehr erforderlich ist oder aber das Abtauen zumindest weniger häufig und/oder weniger lange durchgeführt werden muss. Ein gegebenenfalls erforderliches Abtauen des Verdampfers kann auf herkömmliche Art und Weise, also beispielsweise wie eingangs unter Bezugnahme auf die 2A bis 2C beschrieben oder auf beliebige sonstige Art und Weise erfolgen. By coating at least parts of the outer surface of the evaporator with a nano-coating to which particles depositing thereon are not or only weakly adhering, it is possible for ice forming on the evaporator to drop off of itself from the evaporator or to precipitate in a simple manner can be. This has the positive effect that either no more defrosting of the ice is required or defrosting at least less frequently and / or less long must be performed. A possibly required defrosting of the evaporator can in a conventional manner, that is, for example, as initially with reference to the 2A to 2C described or carried out in any other way.

Unabhängig von der Art und Weise des Abtauens verringert sich aufgrund des weniger häufigen und/oder aufgrund des weniger langen Abtauens der Energiebedarf für das Abtauen, und verbessert sich der Wirkungsgrad entsprechend. Regardless of the manner of defrosting, the defrosting energy requirement decreases due to less frequent and / or less defrosting, and the efficiency improves accordingly.

Zu den zur Verdampfer-Beschichtung geeigneten Nanobeschichtungen gehören auch Nanobeschichtungen, die hydrophobe oder superhydrophobe Eigenschaften aufweisen. Solche Nanobeschichtungen bewirken, dass zumindest ein Teil des auf dem Verdampfer kondensierenden Wassers vom Verdampfer abtropft bevor es gefrieren kann. Somit kann sich entweder gar kein Eis oder zumindest weniger schnell Eis auf dem Verdampfer bilden. Nano coatings suitable for evaporator coating also include nanocoatings that have hydrophobic or superhydrophobic properties. Such nanocoatings cause at least a portion of the condensing water on the evaporator to drip off the evaporator before it can freeze. Thus, either no ice or at least less quickly ice can form on the evaporator.

Viele der eingangs erwähnten Antihaftbeschichtungen weisen auch hydrophobe oder superhydrophobe Eigenschaften auf. In diesem Fall summieren sich genannten Vorteile. Zuerst gefriert nur ein Teil des am Verdampfer kondensierenden Wassers am Verdampfer an, und das am Verdampfer befindliche Wasser haftet nur leicht am Verdampfer, so dass es einfach und ohne ein Abtauen vom Verdampfer entfernbar ist. Many of the non-stick coatings mentioned at the beginning also have hydrophobic or superhydrophobic properties. In this case, these advantages add up. First, only part of the water condensing on the evaporator freezes on the evaporator, and the water on the evaporator only slightly adheres to the evaporator, so that it is easily removable from the evaporator without defrosting.

Zu den zur Verdampfer-Beschichtung geeigneten Nanobeschichtungen gehören auch Nanobeschichtungen, die zumindest geringfügig elektrisch leitend sind. Dies lässt sich dahingehend ausnutzen, dass man die Nanobeschichtung mittels eines durch sie hindurch fließenden Stroms erwärmt und auf diese Art und Weise verhindert, dass sich Eis auf dem Verdampfer bildet. Die Erwärmung der Nanobeschichtung hat zudem den positiven Effekt, das diese Wärmeenergie das den Verdampfer durchströmende Kältemittel zusätzlich aufheizt. Nano coatings suitable for evaporator coating also include nanocoatings that are at least slightly electrically conductive. This can be exploited by heating the nano-coating by means of a current flowing through it and thus preventing ice from forming on the vaporizer. The heating of the nano-coating also has the positive effect that this heat energy additionally heats the refrigerant flowing through the evaporator.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Nanobeschichtung zusätzlich eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist. Dies hat die positiven Effekte, dass erstens die Nanobeschichtung überall gleichmäßig warm wird, und zweitens ein besonders guter Wärmetransport zum Kältemittel erfolgt, und somit die zur Verfügung stehende Wärmeenergie besonders effizient genutzt wird. It is particularly advantageous if the nanocoating additionally has a high thermal conductivity. This has the positive effects that, firstly, the nano-coating is uniformly warm everywhere, and second, that a particularly good heat transfer to the refrigerant takes place, and thus the available heat energy is used particularly efficiently.

Eine Nanobeschichtung, die sowohl elektrisch leitend ist als auch eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist, ist eine Carbon-Nanotubes enthaltende Nanobeschichtung. A nano-coating that is both electrically conductive and has a high thermal conductivity is a nano-coating containing carbon nanotubes.

Das Vorsehen einer elektrisch leitenden Nanobeschichtung und deren Verwendung zur Vermeidung der Eisbildung erweist sich auch dann als vorteilhaft, wenn die Eisbildung nicht vollständig verhindert, sondern "nur" verzögert werden kann. In diesem Fall werden die Zeitintervalle zwischen den Abtauvorgängen größer, so dass sich die Energiebilanz auch hier verbessert. The provision of an electrically conductive nano-coating and its use to prevent the formation of ice also proves to be advantageous if the ice formation is not completely prevented, but "only" can be delayed. In this case, the time intervals between the defrosting operations become larger, so that the energy balance also improves here.

Der Verdampfer muss nicht unbedingt vollständig mit einer Nanobeschichtung beschichtet werden. Es reicht aus, diejenigen Teile des Verdampfers mit einer Nanobeschichtung zu beschichten, an welchen sich im normalen Betrieb des Verdampfers Eis absetzen kann. Das heißt, es dürfte im Allgenmeinen ausreichen, die Lamellen des Verdampfers mit einer Nanobeschichtung zu versehen. The evaporator does not necessarily have to be completely coated with a nano-coating. It is sufficient to coat those parts of the evaporator with a nano-coating on which ice can settle during normal operation of the evaporator. That is, it is generally sufficient to provide the fins of the evaporator with a nano-coating.

Für das Beschichten existieren mehrere Möglichkeiten. Eine erste Möglichkeit besteht darin, den Wärmetauscher in den zur Nanobeschichtung zu verwendenden Lack einzutauchen. Bei einer zweiten Möglichkeit erfolgt der Lackauftrag durch ein Besprühen, wobei hier selbstverständlich darauf zu achten ist, dass die besprühte Fläche gleichmäßig benetzt ist. Ferner können auch bereits vorbeschichtete Lamellen verbaut werden. There are several possibilities for coating. A first possibility is to immerse the heat exchanger in the paint to be used for nanocoating. In a second possibility, the coating is applied by spraying, whereby of course it is important to ensure that the sprayed surface is evenly wetted. Furthermore, already pre-coated slats can be installed.

Wie vorstehend bereits angemerkt wurde, erweist sich das Vorsehen einer Nanobeschichtung nicht nur bei in Kältemittelkreisläufen eingesetzten Verdampfern als vorteilhaft. Derartige Beschichtungen erweisen sich bei allen Verdampfern und sonstigen Lamellenwärmeübertragern als vorteilhaft, an welchen es zur Bildung von Eis kommen kann. Mögliche weitere Anwendungsgebiete sind daher beispielsweise, aber bei weitem nicht ausschließlich Schaltschrankkühlgeräte und Kaltwassersätze (water chiller). Dabei spielen weder der Aufbau des Verdampfers noch die Materialien, aus welchen dieser hergestellt ist, eine Rolle. Insbesondere erweist sich das Vorsehen einer Nanobeschichtung beispielsweise, aber nicht ausschließlich auch bei Verdampfern als vorteilhaft, die aus Aluminium-Microchannels aufgebaut sind. As already noted above, the provision of a nano-coating proves to be advantageous not only in evaporators used in refrigerant circuits. Such coatings prove to be advantageous in all evaporators and other plate heat exchangers, which can lead to the formation of ice. Possible further fields of application are, for example, but by no means exclusively control cabinet cooling units and water chillers. Neither the structure of the evaporator nor the materials of which it is made play a role. In particular, the provision of a nano-coating proves to be advantageous, for example, but not exclusively, in evaporators constructed of aluminum microchannels.

Die Beschichtung von wenigstens Teilen der Außenoberfläche des Verdampfers mit einer Nanobeschichtung erweist sich unabhängig von den Einzelheiten der praktischen Realisierung als vorteilhaft. Das Vorsehen einer solchen Beschichtung ermöglicht es, dass das den Verdampfer enthaltende System mit höherer Energieeffizienz arbeitet und der normale Betrieb entweder überhaupt nicht mehr, zumindest aber weniger häufig und/oder weniger lange zu Abtauzwecken unterbrochen werden muss. The coating of at least parts of the outer surface of the evaporator with a nano-coating proves to be advantageous regardless of the details of the practical implementation. The provision of such a coating allows the evaporator-containing system to operate at a higher energy efficiency and to stop normal operation either not at all, but at least less frequently and / or for a shorter time for defrost purposes.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1 1
Verdichter compressor
2 2
Verflüssiger condenser
3 3
thermostatisches Expansionsventil thermostatic expansion valve
4 4
Verdampfer Evaporator
5 5
Ventilator fan
6 6
Steuereinrichtung control device
7 7
Vierwegeventil Four-way valve

Claims (11)

Verdampfer insbesondere für einen Kältemittelkreislauf, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenoberfläche des Verdampfers zumindest teilweise mit einer Nanobeschichtung beschichtet ist. Evaporator, in particular for a refrigerant circuit, characterized in that the outer surface of the evaporator is at least partially coated with a nano-coating. Verdampfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest diejenigen Teile des Verdampfers mit der Nanobeschichtung beschichtet sind, an welchen sich im normalen Betrieb des Verdampfers Eis absetzen kann. Evaporator according to claim 1, characterized in that at least those parts of the evaporator are coated with the nano-coating, on which ice can settle in the normal operation of the evaporator. Verdampfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdampfer Rohre mit darauf vorgesehenen Lamellen enthält, und dass nur die Lamellen mit der Nanobeschichtung beschichtet sind. Vaporizer according to one of the preceding claims, characterized in that the evaporator contains tubes with lamellae provided thereon, and that only the lamellae are coated with the nano-coating. Verdampfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nanobeschichtung eine Nanobeschichtung ist, an welcher sich darauf absetzende Partikel nicht oder nur schwach haften. Evaporator according to one of the preceding claims, characterized in that the nano-coating is a nano-coating on which particles depositing thereon are not or only weakly adhere. Verdampfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nanobeschichtung eine Nanobeschichtung ist, an welcher Eis nicht oder nur schwach haftet. Evaporator according to one of the preceding claims, characterized in that the nano-coating is a nano-coating on which ice does not or only weakly adheres. Verdampfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nanobeschichtung eine Nanobeschichtung ist, an welcher sich darauf absetzendes Eis so schwach haftet, dass es zumindest teilweise entweder von alleine vom Verdampfer abfällt, oder durch einen den Verdampfer anblasenden Ventilator vom Verdampfer wegblasbar ist. Vaporizer according to one of the preceding claims, characterized in that the nano-coating is a nano-coating on which it depositing ice adheres so weakly that it at least partially falls off either by itself from the evaporator, or by a fan blowing the evaporator blown away from the evaporator. Verdampfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nanobeschichtung eine hydrophobe Eigenschaften aufweisende Nanobeschichtung ist. Evaporator according to one of the preceding claims, characterized in that the nano-coating is a hydrophobic properties having nano-coating. Verdampfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nanobeschichtung eine superhydrophobe Eigenschaften aufweisende Nanobeschichtung ist. Evaporator according to one of the preceding claims, characterized in that the nano-coating is a superhydrophobic properties having nano-coating. Verdampfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nanobeschichtung eine elektrisch leitende Nanobeschichtung ist. Evaporator according to one of the preceding claims, characterized in that the nano-coating is an electrically conductive nano-coating. Verdampfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nanobeschichtung eine gute wärmeleitende Eigenschaften aufweisende Nanobeschichtung ist. Evaporator according to one of the preceding claims, characterized in that the nano-coating is a good thermally conductive properties having nano-coating. Verdampfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nanobeschichtung eine Carbon-Nanotubes enthaltende Nanobeschichtung ist. Evaporator according to one of the preceding claims, characterized in that the nano-coating is a carbon nanotube-containing nano-coating.
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