DE19820133C2 - Wärmetauscher - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, insbesondere einen Verdampfer von Wärmepumpen. Unter dem Begriff Wärmetauscher sind hier auch alle jene Verdampfer zu verstehen, die Energie aus der Umgebung aufnehmen, um sie unter Zuhilfenahme des Kälte- Kreisprozesses an anderer Stelle, nämlich am Kondensator bzw. Verflüssiger zur Erwärmung von Objekten wieder abzugeben.

Bei diesem Vorgang, d. h. bei Verdampfungstemperaturen unterhalb von 0°C kommt es im allgemeinen zu einer Bereifung des Verdampfers, die eine zyklische Abtauung erforderlich macht.

Zur Abtauung von Verdampfern sind verschiedene Verfahren bekannt. So zeigen die DE 33 33 903 A1 sowie die DE 30 23 769 A1 eine Abtaueinrichtung für Kältemittel-Verdampfer, bei der eine Umkehr des Kältemittelkreislaufs erfolgt. Hier wird also der zuvor als Verdampfer wirkende Wärmetauscher zum Verflüssiger und umgekehrt.

Aus der DE 480 815 C ist ein Verfahren zur Entfernung des Reifes aus Kältetauschern bekannt, wobei der Reif nicht mehr durch Auftauen, sondern durch trockenes Ausblasen entfernt werden soll. Dazu ist es erforderlich, daß die Kältetauscher von Zeit zu Zeit unter erhöhten Druck gesetzt werden, um ein Ausblasen des sich ansetzenden Reifes zu erreichen.

Aus der DE 10 83 283 B ist schließlich ein Rieselkühler bekannt, bei dem Ablagerungen durch Einleiten von mechanischen Schwingungen beseitigt werden.

Aus der DE 75 07 775 U1 ist ein Wärmetauscher bekannt, bei dem ein Abtauvorgang von Reifschichten dadurch bewirkt wird, daß unter Zwischenschaltung einer elektrischen Isolationsschicht dünne Heizleiter auf den Wärmetauscher aufgebracht werden, die von Zeit zu Zeit durch Anlegen einer elektrischen Spannung erwärmt werden. Zusätzlich kann auf der Leiterschicht eine dünne Schutzschicht angeordnet sein.

Bei sämtlichen Verfahren, die sich auf die Beseitigung von Vereisungen am Verdampfer-Wärmetauscher beziehen, ist die Zufuhr von Energie zum Auftauen des gefrorenen Wassers erfoderlich. Durch die für den Abtauvorgang benötigte Energie wird die Leistungszahl von Kältemachinen und Wärmepumpen gleichermaßen verringert. Darüber hinaus nimmt der Abtauvorgang Zeit in Anspruch, während der der Kühl- bzw. Heizbetrieb unterbrochen werden muß, so daß sich die über den Betriebszeitraum gemittelte Kühl- bzw. Heizleistung insgesamt verringert.

Schließlich muß für sämtliche bekannten Verfahren zur Abtauung von Verdampfern ein relativ hoher apparativer Aufwand betrieben werden, der eine Zunahme der Herstellkosten für die betreffende Wärmepumpe bzw. Kälteanlage zur Folge hat. Erhebliche zusätzliche Kosten entstehen im übrigen dadurch, daß eine besondere Bereifungs-Sensorik geschaffen werden muß, mit der der Abtauvorgang ein- und auch wieder ausgeschaltet wird. Neben diesen erheblichen Kosten sind verständlicherweise auch Risiken mit der Funtionalität dieser Bereifungs-Sensorik verbunden.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, diese Nachteile zu vermeiden und insbesondere die Leistungszahl von Kältmaschinen und Wärmepumpen sowie die Betriebssicherheit derartiger Anlagen zu erhöhen.

Dies erreicht die Erfindung mit den Maßnahmen, wie sie im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegeben sind. Mit diesen Maßnahmen wird ein Abtauen von Vereisungen nicht mehr erforderlich, weil die freie Oberflächen-Energie des Verdampfers so gering ist, daß es zu keinen bedeutenden Anhäufungen von Eis kommen kann. Zwar wird nicht verhindert, daß sich Reif an der Verdampfer-Oberfläche bildet, dieser setzt sich jedoch nicht an der Oberfläche fest. Somit können die Reifkristalle mit der Luft, mit der der Verdampfer beaufschlagt wird, ausgeblasen werden, und es kommt nicht zu einem Wachstum und damit zu einer stetig dicker werdenden Reifschicht auf der Verdampfer- Oberfläche.

Eine Abtauung des Verdampfers entfällt daher, und die Wärmepumpe bzw. die Kälteanlage kann unterbrechungsfrei betrieben werden. Folglich ergeben sich höhere, über den Betriebszeitraum gemittelte Kälte- bzw. Heizleistungen, als wenn eine Abtauung des Verdampfers erforderlich wäre. Die Kälte- bzw. Heizleistungszahl nimmt gegenüber Kältekreisen mit Abtauung des Verdampfers erheblich zu, weil die durch die Sublimation des Wasserdampfes an der Verdampfer-Oberfläche frei werdende Energie vollständig für den Kälteprozeß genutzt werden kann. Bei der Abtauung des Verdampfers ist es hingegen erforderlich, einen Teil dieser Energie - nämlich die Schmelz-Enthalpie - wieder an das Wasser zurückzugeben, damit der Reif von der Verdampfer-Oberfläche entfernt werden kann.

Die erfindungsgemäße Beschichtung besteht vorzugsweise aus anorganisch-organischen Nanokomposit-Gradientenschichten, die über den Sol-Gel-Prozeß hergestellt werden. Dieses Beschichtungsmaterial ist an sich marktbekannt und soll beispielsweise dazu dienen, eine Verschmutzung der PKW-Karosserie zu vermeiden, sofern diese mit diesem Material beschichtet ist. Dieses Material weist im übrigen eine hohe UV-Stabilität sowie eine Kratz- und Abriebfestigkeit auf. Es läßt sich nach Hersteller-Angaben sowohl auf Glas-, Polymer- und Metalloberflächen verwenden und ist optisch transparent. Die Beschichtung weist eine Oberflächenenergie von ca. 19 mJ/m² auf.

Die spezifische freie Oberflächenenergie ist ein Maß für die Adhäsionskräfte, die zwischen einer festen Oberfläche einerseits und einer Flüssigkeit andererseits wirken. Flüssigkeiten weisen eine mehr oder weniger große Oberflächenspannung auf, die dafür verantwortlich ist, daß die Flüssigkeit eine Form mit kleinstmöglicher Oberfläche annimmt, z. B. eine Kugelform (Tropfen) in Luft. Die zwischen einer festen Oberfläche und einer Flüssigkeit wirkenden Adhäsionskräfte (intermolekulare Anziehungskräfte) bewirken, daß die Flüssigkeit eine größere Oberfläche annimmt. Die Oberfläche des Festkörpers wird benetzt, d. h. die Flüssigkeit breitet sich auf ihr aus. Die Tendenz zur Benetzung einer Oberfläche wächst mit den wirkenden Adhäsionskräften bzw. der freien Oberflächenenergie der Festkörperoberfläche. Die Absenkung der freien Oberflächenenergie führt damit zu einer Verminderung der Benetzung; im Idealfall bildet die Flüssigkeit Tropfen auf der Festkörperoberfläche aus.

Nach Herstellerangaben soll dieses Material im übrigen als "Antigrafitti" Schutz bei öffentlichen Anlagen wie Häusern, Eisenbahnzügen, Straßenbahnen und sonstigen Verkehrsmitteln verwendet werden. Damit soll ein leichtes Entfernen der Graffiti-Bemalungen erreicht bzw. ein Auftragen dieser Bemalung gänzlich verhindert werden.

Das Beschichtungsmaterial ist unter der Bezeichnung "Easy-to-clean" bzw. "Antigraffiti Coating" des Instituts für Neue Materialien, Saarbrücken, marktbekannt. Diesen Materialien liegt die EP 0 587 667 B1 zugrunde.

Claims (3)

1. Wärmetauscher, insbesondere Verdampfer für eine Wärmepumpe, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vermeidung des Ansetzens einer Eisschicht derselbe mit einer die freie Oberflächenenergie herabsetzenden, d. h. extrem porenfreien Beschichtung versehen ist.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Beschichtungsmaterial verwendet wird, das unter der Bezeichnung "Easy-to-clean" bzw. "Antigraffiti Coating" des Instituts für Neue Materialien, Saarbrücken, marktbekannt ist.

3. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß derselbe durch Aufsprühen des Beschichtungsmaterials oder durch Eintauchen in das Material beschichtet wird.