EP1959220A2 - Wärmeübertragungsfläche, Wärmeübertrager und Verfahren zum Herstellen einer Wärmeübertragungsfläche - Google Patents

Wärmeübertragungsfläche, Wärmeübertrager und Verfahren zum Herstellen einer Wärmeübertragungsfläche Download PDF

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EP1959220A2
EP1959220A2 EP08002439A EP08002439A EP1959220A2 EP 1959220 A2 EP1959220 A2 EP 1959220A2 EP 08002439 A EP08002439 A EP 08002439A EP 08002439 A EP08002439 A EP 08002439A EP 1959220 A2 EP1959220 A2 EP 1959220A2
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EP
European Patent Office
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heat transfer
transfer surface
embossing
strip material
roughness
Prior art date
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Ceased
Application number
EP08002439A
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English (en)
French (fr)
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EP1959220A3 (de
Inventor
Gottfried DÜRR
Peter Englert
Klaus Fischle
Oliver Mamber
Karl-Heinz Staffa
Roger Gorges
Christoph Walter
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mahle Behr GmbH and Co KG
Original Assignee
Behr GmbH and Co KG
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Filing date
Publication date
Application filed by Behr GmbH and Co KG filed Critical Behr GmbH and Co KG
Publication of EP1959220A2 publication Critical patent/EP1959220A2/de
Publication of EP1959220A3 publication Critical patent/EP1959220A3/de
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F17/00—Removing ice or water from heat-exchange apparatus
    • F28F17/005—Means for draining condensates from heat exchangers, e.g. from evaporators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F13/00—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing
    • F28F13/18—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by applying coatings, e.g. radiation-absorbing, radiation-reflecting; by surface treatment, e.g. polishing
    • F28F13/185—Heat-exchange surfaces provided with microstructures or with porous coatings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2245/00—Coatings; Surface treatments
    • F28F2245/02—Coatings; Surface treatments hydrophilic

Definitions

  • the invention relates to a heat transfer surface, in particular a lamellar surface on which a medium condenses during operation and which is hydrophilic.
  • the invention also relates to a heat exchanger, in particular an evaporator, with a previously described heat transfer surface.
  • the invention also relates to a method for producing a heat transfer surface described above.
  • the invention further relates to a method for producing a heat transfer surface from a strip material, in particular from an aluminum strip material.
  • the heat transfer surface belongs to a heat exchanger, in particular a climate evaporator.
  • the performance of a climatic evaporator is characterized by the so-called sensitive performance. This is directly influenced by the condensation and humidity on the heat transfer surface.
  • the condensed water must drain as quickly as possible from the heat transfer surface and must not form standing drops.
  • various methods for the treatment of heat transfer surfaces are known.
  • the heat transfer surface can be formed water repellent (hydrophobic).
  • the heat transfer surface is rendered hydrophobic with the aid of silicones, waxes or coatings containing Teflon. From the German patent application DE 102 39 071 A1 For example, a method is known for producing articles having at least one surface on which a liquid A has a low Liability.
  • the surface has a plurality of depressions and / or elevations.
  • Such hydrophobic surfaces generally have the disadvantage that in sufficiently complex structures, such as in the fins of a heat exchanger, condensed water forms larger drops of water and so can not easily leak.
  • the surfaces of air-conditioning evaporators are generally made hydrophilic in order to achieve a film formation of the condensed water and to improve the water drainage. The water should then ideally run in the form of a closed water film.
  • From the German Utility Model DE 201 19 741 U1 is a heat transfer surface with a protruding from the base surface microstructure of protrusions, which are galvanized with a minimum height of 10 microns on the base.
  • the object of the invention is to provide a heat transfer surface, in particular lamellar surface, on which a medium condenses during operation and which is in particular made hydrophilic, by means of which the sensible heat transfer performance can be increased.
  • the object is achieved in a heat transfer surface, in particular a lamella surface on which a medium condenses during operation and which is hydrophilic, achieved in that the heat transfer surface has a defined roughness with an average roughness Rz of 1 to 10 microns.
  • the roughness of the hydrophilic heat transfer surface according to the invention improves the condensation and the water outlet. This achieves a higher sensible heat transfer performance.
  • the roughness of the invention increases the surface area and has a drainage effect, which prevents the formation of larger drops of water or too strong a water film.
  • a preferred embodiment of the heat transfer surface is characterized in that the heat transfer surface has a defined roughness with an average roughness Rz of 1.5 to 3 microns.
  • the above object is achieved in a heat transfer surface, in particular on a corrugated rib of an aluminum strip material, characterized in that the heat transfer surface is provided with an embossing.
  • embossing By embossing the heat transfer surface and thus the heat transfer performance can be increased.
  • the stability of a corrugated fin provided with the embossed heat transfer surface can be increased from mechanical deformation.
  • the embossing process increases the rigidity of the corrugated fin.
  • a further preferred embodiment of the heat transfer surface is characterized in that the embossing has a structure which is provided on one side or on both sides on a corrugated rib, in particular of an aluminum strip material.
  • the embossed surface structure of the water flow can be improved at the heat transfer surface due to anisotropy and / or capillary effects.
  • the embossing has a structure with repeating or repeating patterns and / or with at least one symmetrical or chaotic pattern.
  • the patterns are preferably designed so that the water drainage along the heat transfer surface is improved.
  • a further preferred embodiment of the heat transfer surface is characterized in that the embossing has a structure with a preferred direction.
  • the preferred direction runs, for example, parallel or perpendicular to the tape direction.
  • a heat exchanger in particular an evaporator, the above-mentioned object is achieved by at least one heat transfer surface described above, in particular lamellar surface.
  • the heat exchanger is preferably made of sheet metal parts, in particular aluminum sheet metal parts, by soldering. It is also possible to form the heat exchanger, at least partially, of aluminum foam.
  • the above-mentioned object is achieved in that the defined roughness generated by a chemical pickling becomes.
  • the chemical pickling is carried out on the finished heat exchanger.
  • a preferred embodiment of the method is characterized in that the chemical pickling is carried out in the dipping method on the basis of at least one acid.
  • the at least one acid is preferably hydrofluoric acid and / or organic acids with fluorides, in particular sodium bifluoride.
  • a further preferred embodiment of the method is characterized in that the acid has a concentration of 1 to 5 percent. With these concentrations, the best results were achieved in investigations carried out in the context of the present invention.
  • a further preferred embodiment of the method is characterized in that the contact time of the acid at room temperature is 0.5 to 3 minutes.
  • the reaction time of the acid at room temperature is preferably about 1 minute.
  • a further preferred embodiment of the method is characterized in that the defined roughness is produced by fusible salts and / or metal mixtures.
  • solders may be applied to the heat transfer surface which will produce the desired roughness upon solidification of the melt.
  • a further preferred embodiment of the method is characterized in that potassium fluoroaluminates are used as meltable salts.
  • the meltable salts are preferably in a Temperature range of 450 to 550 degrees Celsius used.
  • the potassium fluoroaluminates are preferably used with additions of elements of the III, IV and V subgroups of the periodic table of elements (PSE) in the range of 1 to 8 percent, in particular 3 percent.
  • solders in particular brazing alloys, based on an aluminum / silicon mixture are used as the meltable metal mixtures.
  • the silicon content of the aluminum-silicon mixture is preferably 8 to 15 percent.
  • the meltable metal mixtures are either plated or applied as a binder and / or pigment-containing paint system.
  • a further preferred embodiment of the method is characterized in that the heat transfer surface is provided with a surface coating having the defined roughness.
  • the surface coating is preferably applied to the heat transfer surface on a finished component.
  • a further preferred embodiment of the method is characterized in that the heat transfer surface is coated with a varnish comprising organic polymers.
  • the polymers are preferably duromers, which are applied in liquid form and, after a drying and crosslinking process, are in the desired roughness.
  • Another preferred embodiment of the method is characterized in that the heat transfer surface is coated with a polymer coating which generates the desired roughness by embedded organic and / or inorganic and / or ceramic and / or metallic particles.
  • the polymer coating can consist of conventional coating resins or so-called organic / inorganic networks, which are applied in situ to the heat transfer surface after a sol-gel process based on organometallic compounds, in particular organosilicon compound.
  • a further preferred embodiment of the method is characterized in that the particle size of the particles is between 1 and 50 ⁇ m.
  • the particle size of the particles is preferably 1 to 10 ⁇ m.
  • a further preferred embodiment of the method is characterized in that the defined roughness of the heat transfer surface is produced by mechanical processing.
  • the heat transfer surface can be mechanically processed, for example during a forming process with a roller.
  • a method for producing corrugated ribs from the strip material in particular from an aluminum strip material
  • an embossing of the strip material is connected upstream.
  • the method for producing corrugated fins is preferably a known method in which corrugated fins for heat exchangers are produced from aluminum strip material with so-called corrugated fin rolling machines. In the corrugated roll rolling machine, gills are first cut into the aluminum strip material with the aid of cutting rollers. Then the aluminum strip is blessed, calibrated and cut to length.
  • a preferred embodiment of the method is characterized in that the embossing is carried out in a corrugated roll rolling machine.
  • the embossing is preferably carried out directly after a Abcoiler.
  • Another preferred embodiment of the method is characterized in that the strip material is embossed before it is split to a desired final width.
  • the embossing is preferably carried out when unwinding the mother coil.
  • the heat exchanger according to the invention is an air evaporator with a fin surface, which is also referred to as a heat transfer surface.
  • a heat transfer surface On the heat transfer surface roughness with a defined average surface roughness Rz of 1 to 10 .mu.m, preferably 1.5 to 3 microns applied. With these roughness values, a very high sensible heat transfer performance was achieved.
  • the defined roughness is generated on the one hand by a chemical pickling of the fins of the finished heat exchanger after the soldering process.
  • the defined roughness is generated by fusible salts and / or metal mixtures, such as solders, during the soldering process.
  • the three options mentioned are additive and can be combined with each other.
  • a fourth possibility consists in a surface coating of the finished heat exchanger.
  • the coating itself shows the defined surface roughness.
  • a fifth possibility consists in the mechanical processing of the corrugated fin surface of the heat exchanger during the forming process by means of a roller.
  • the well-known corrugated aluminum strip is driven by a provided with a surface structure pair of rollers, whereby the defined surface roughness is generated, which is maintained even after the soldering of the heat exchanger.
  • dipping processes based on hydrofluoric acid and / or organic and / or inorganic acids with fluorides, preferably sodium bifluoride, are used.
  • the acid preferably has a concentration of 1 to 5 percent.
  • the material of the heat exchanger is preferably a brazed aluminum material.
  • the reaction time is 0.5 to 3 minutes, preferably 1 minute, at room temperature.
  • fusible salts in the preferred temperature range 450 to 550 degrees Celsius are preferably potassium fluoroaluminates with additions of elements of the III, IV and V subgroup of the Periodic Table of the Elements in the range of 1 to 8 percent, preferably 3 percent used.
  • Solders in particular brazing alloys, based on aluminum-silicon mixtures with about 8 to 15 percent silicon content are preferably used as meltable metal mixtures.
  • the meltable metal mixtures are either plated or applied as a binder and pigment-containing paint system.
  • organic polymers paint
  • coatings with organic polymers which are present after a drying and crosslinking process in a defined roughness.
  • organic polymer coatings are used which generate a defined surface roughness by intercalated organic and / or inorganic and / or ceramic and / or metallic particles.
  • the particle size of such particles is between 1 and 50 microns, preferably 1 to 10 microns.
  • the polymer coating may consist of conventional coating resins or of so-called organic, inorganic networks, which are applied in situ on the surface after the sol-gel process based on organometallic compounds, based on organosilicon compounds.
  • Known heat exchangers include tubes with corrugated fins, which serve to provide a large heat transfer surface at low dead weight. Due to a special geometry of the corrugated fins, the air-side pressure drop in the pipes should be minimized as far as possible and the film-shaped condensate water drain should be conveyed.
  • embossing of the aluminum strip material is preceded by a conventional corrugated rib manufacturing process.
  • the embossing can be installed directly after the Abcoiler in the corrugated rolling machine.
  • the coil can be embossed before splitting to final width when unwinding from the mother coil.
  • the embossing can be applied on one or both sides of the aluminum strip material.
  • the embossed structure may consist of symmetrical, recurrent patterns or a chaotic pattern.
  • the embossing may have certain preferred directions, for example parallel or perpendicular to the tape direction.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Wärmeübertragungsfläche, insbesondere eine Lamellenoberfläche, an der im Betrieb ein Medium kondensiert und die hydrophil ausgebildet ist. Um die sensible Wärmeübertragungsleistung zu erhöhen, weist die Wärmeübertragungsfläche eine definierte Rauigkeit mit einer gemittelten Rautiefe Rz von 1 bis 10 µm auf.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Wärmeübertragungsfläche, insbesondere eine Lamellenoberfläche, an der im Betrieb ein Medium kondensiert und die hydrophil ausgebildet ist. Die Erfindung betrifft auch einen Wärmeübertrager, insbesondere einen Verdampfer, mit einer vorab beschriebenen Wärmeübertragungsfläche. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Herstellen einer vorab beschriebenen Wärmeübertragungsfläche. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zur Herstellung einer Wärmeübertragungsfläche aus einem Bandmaterial, insbesondere aus einem Aluminiumbandmaterial.
  • Die Wärmeübertragungsfläche gehört zu einem Wärmeübertrager, insbesondere einem Klimaverdampfer. Die Leistung eines Klimaverdampfers wird durch die so genannte sensible Leistung charakterisiert. Diese wird unmittelbar von der Kondensation und Luftfeuchtigkeit auf der Wärmeübertragungsfläche beeinflusst. Das kondensierte Wasser muss schnellstmöglich von der Wärmeübertragungsfläche ablaufen und darf keine stehenden Tropfen bilden. Aus der Oberflächentechnik sind verschiedene Verfahren zur Behandlung von Wärmeübertragungsflächen bekannt. Die Wärmeübertragungsfläche kann wasserabweisend (hydrophob) ausgebildet werden. Dabei wird die Wärmeübertragungsfläche mit Hilfe von Silikonen, Wachsen oder teflonhaltigen Beschichtungen hydrophobiert. Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 102 39 071 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung von Gegenständen mit wenigstens einer Oberfläche bekannt, auf der eine Flüssigkeit A eine geringe Haftung aufweist. Die Oberfläche weist eine Vielzahl von Vertiefungen und/oder Erhebungen auf. Solche hydrophoben Oberflächen haben allgemein den Nachteil, dass bei genügend komplexen Strukturen, wie zum Beispiel in den Lamellen eines Wärmetauschers, kondensiertes Wasser größere Wassertropfen bildet und so nicht einfach auslaufen kann. Aus diesem Grund werden die Oberflächen von Klimaverdampfern im Allgemeinen hydrophil ausgebildet, um eine Filmbildung des Kondenswassers zu erreichen und den Wasserablauf zu verbessern. Das Wasser soll dann idealerweise in Form eines geschlossenen Wasserfilms ablaufen. Aus der deutschen Gebrauchsmusterschrift DE 201 19 741 U1 ist eine Wärmeübertragungsfläche mit einer aus der Grundfläche herausragenden Mikrostruktur von Vorsprüngen bekannt, die mit einer Mindesthöhe von 10 µm auf der Grundfläche galvanisiert sind.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, eine Wärmeübertragungsfläche, insbesondere Lamellenoberfläche, an der im Betrieb ein Medium kondensiert und die insbesondere hydrophil ausgebildet ist, zu schaffen, durch welche die sensible Wärmeübertragungsleistung erhöht werden kann.
  • Die Aufgabe ist bei einer Wärmeübertragungsfläche, insbesondere einer Lamellenoberfläche, an der im Betrieb ein Medium kondensiert und die hydrophil ausgebildet ist, dadurch gelöst, dass die Wärmeübertragungsfläche eine definierte Rauigkeit mit einer gemittelten Rautiefe Rz von 1 bis 10 µm aufweist. Durch die erfindungsgemäße Rauigkeit der hydrophilen Wärmeübertragungsfläche werden die Kondensation und der Wasserauslauf verbessert. Dadurch wird eine höhere sensible Wärmeübertragungsleistung erreicht. Die erfindungsgemäße Rauigkeit vergrößert die Oberfläche und hat einen Drainageeffekt zur Folge, der die Ausbildung größerer Wassertropfen oder eines zu starken Wasserfilms verhindert.
  • Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Wärmeübertragungsfläche ist dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeübertragungsfläche eine definierte Rauigkeit mit einer gemittelten Rautiefe Rz von 1,5 bis 3 µm aufweist. Mit diesen Werten wurden bei im Rahmen der vorliegenden Erfindung durchgeführten Untersuchungen die besten Ergebnisse erzielt.
  • Die oben angegebene Aufgabe ist bei einer Wärmeübertragungsfläche, insbesondere an einer Wellrippe aus einem Aluminiumbandmaterial, dadurch gelöst, dass die Wärmeübertragungsfläche mit einer Prägung versehen ist. Durch die Prägung kann die Wärmeübertragungsfläche und somit auch die Wärmeübertragungsleistung vergrößert werden. Darüber hinaus kann die Stabilität einer mit der geprägten Wärmeübertragungsfläche versehenen Wellrippe gegenüber mechanischer Verformung vergrößert werden. Durch den Prägeprozess wird die Steifigkeit der Wellrippe erhöht.
  • Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Wärmeübertragungsfläche ist dadurch gekennzeichnet, dass die Prägung eine Struktur aufweist, die einseitig oder beidseitig an einer Wellrippe insbesondere aus einem Aluminiumbandmaterial vorgesehen ist. Durch die geprägte Oberflächenstruktur kann der Wasserablauf an der Wärmeübertragungsfläche aufgrund von Anisotropie- und/oder Kapillareffekten verbessert werden.
  • Weitere bevorzugte Ausführungsbeispiele der Wärmeübertragungsfläche sind dadurch gekennzeichnet, dass die Prägung eine Struktur mit wiederkehrenden oder sich wiederholenden Mustern und/oder mit mindestens einem symmetrischen oder chaotischen Muster aufweist. Die Muster sind vorzugsweise so gestaltet, dass der Wasserablauf entlang der Wärmeübertragungsfläche verbessert wird.
  • Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Wärmeübertragungsfläche ist dadurch gekennzeichnet, dass die Prägung eine Struktur mit einer Vorzugsrichtung aufweist. Die Vorzugsrichtung verläuft zum Beispiel parallel oder rechtwinklig zur Bandrichtung.
  • Bei einem Wärmeübertrager, insbesondere einem Verdampfer, ist die oben angegebene Aufgabe durch mindestens eine vorab beschriebene Wärmeübertragungsfläche, insbesondere Lamellenoberfläche, gelöst. Der Wärmeübertrager wird vorzugsweise aus Blechteilen, insbesondere aus Aluminiumblechteilen, durch Löten hergestellt. Es ist auch möglich, den Wärmeübertrager, zumindest teilweise, aus Aluminiumschaum zu bilden.
  • Bei einem Verfahren zum Herstellen einer vorab beschriebenen Wärmeübertragungsfläche, insbesondere einer Lamellenoberfläche, an der im Betrieb ein Medium kondensiert und die hydrophil ausgebildet ist, insbesondere eines vorab beschriebenen Wärmeübertragers, ist die oben angegebene Aufgabe dadurch gelöst, dass die definierte Rauigkeit durch eine chemische Beizung erzeugt wird. Vorzugsweise wird die chemische Beizung an dem fertigen Wärmeübertrager durchgeführt.
  • Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die chemische Beizung im Tauchverfahren auf der Basis von mindestens einer Säure durchgeführt wird. Bei der mindestens einen Säure handelt es sich vorzugsweise um Flusssäure und/oder organische Säuren mit Fluoriden, insbesondere Natriumbifluorid.
  • Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Säure eine Konzentration von 1 bis 5 Prozent aufweist. Mit diesen Konzentrationen wurden bei im Rahmen der vorliegenden Erfindung durchgeführten Untersuchungen die besten Ergebnisse erzielt.
  • Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Einwirkzeit der Säure bei Raumtemperatur 0,5 bis 3 Minuten beträgt. Vorzugsweise beträgt die Einwirkzeit der Säure bei Raumtemperatur etwa 1 Minute.
  • Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die definierte Rauigkeit durch aufschmelzbare Salze und/oder Metallgemische erzeugt wird. Es können zum Beispiel während des Lötprozesses Lote auf die Wärmeübertragungsfläche aufgebracht werden, die beim Erstarren der Schmelze die gewünschte Rauigkeit erzeugen. Die vorab beschriebenen Verfahren sind additiv und miteinander kombinationsfähig.
  • Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass als aufschmelzbare Salze Kalium-Fluoraluminate verwendet werden. Die aufschmelzbaren Salze werden vorzugsweise in einem Temperaturbereich von 450 bis 550 Grad Celsius eingesetzt. Die Kalium-Fluoraluminate werden vorzugsweise mit Zusätzen von Elementen der III, IV und V Nebengruppe des periodischen Systems der Elemente (PSE) im Bereich von 1 bis 8 Prozent, insbesondere 3 Prozent, verwendet.
  • Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass als aufschmelzbare Metallgemische Lote, insbesondere Hartlote, auf der Basis eines Aluminium-Siliziumgemischs verwendet werden. Der Siliziumanteil des Aluminium-Siliziumgemischs beträgt vorzugsweise 8 bis 15 Prozent. Die aufschmelzbaren Metallgemische werden entweder plattiert oder als bindemittel- und/oder pigmenthaltiges Lacksystem appliziert.
  • Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeübertragungsfläche mit einer Oberflächenbeschichtung versehen wird, welche die definierte Rauigkeit aufweist. Die Oberflächenbeschichtung wird vorzugsweise auf die Wärmeübertragungsfläche an einem fertigen Bauteil aufgebracht.
  • Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeübertragungsfläche mit einem Lack überzogen wird, der organische Polymere umfasst. Bei den Polymeren handelt es sich vorzugsweise um Duromere, die in flüssiger Form aufgetragen werden und nach einem Trocknungs- und Vernetzungsprozess in der gewünschten Rauigkeit vorliegen.
  • Ein weiteres bevozugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeübertragungsfläche mit einer Polymerbeschichtung überzogen wird, die durch eingelagerte organische und/oder anorganische und/oder keramische und/oder metallische Partikel die gewünschte Rauigkeit generiert. Die Polymerbeschichtung kann aus konventionellen Lackharzen oder aus so genannten organisch/anorganischen Netzwerken bestehen, die nach einem Sol-Gelprozess auf der Basis metallorganischer Verbindungen, insbesondere siliziumorganische Verbindung, in situ auf die Wärmeübertragungsfläche appliziert werden.
  • Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Korngröße der Partikel zwischen 1 und 50 µm beträgt. Vorzugsweise beträgt die Korngröße der Partikel 1 bis 10 µm.
  • Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die definierte Rauigkeit der Wärmeübertragungsfläche durch mechanische Bearbeitung erzeugt wird. Die Wärmeübertragungsfläche kann zum Beispiel während eines Umformvorgangs mit einer Walze mechanisch bearbeitet werden.
  • Bei einem Verfahren zum Herstellen einer vorab beschriebenen Wärmeübertragungsfläche aus einem Bandmaterial, insbesondere aus einem Aluminiumbandmaterial, ist die oben angegebene Aufgabe dadurch gelöst, dass einem Verfahren zum Herstellen von Wellrippen aus dem Bandmaterial eine Prägung des Bandmaterials vorgeschaltet wird. Bei dem Verfahren zum Herstellen von Wellrippen handelt es sich vorzugsweise um ein bekanntes Verfahren, bei dem Wellrippen für Wärmeübertrager aus Aluminiumbandmaterial mit so genannten Wellrippenwalzmaschinen hergestellt werden. In der Wellrippenwalzmaschine werden dabei zunächst mit Hilfe von Schneidwalzen Kiemen in das Aluminiumbandmaterial eingeschnitten. Anschließend wird das Aluminiumband blessiert, kalibriert und auf Länge geschnitten.
  • Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Prägung in einer Wellrippenwalzmaschine durchgeführt wird. Die Prägung erfolgt vorzugsweise direkt nach einem Abcoiler.
  • Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass das Bandmaterial geprägt wird, bevor es auf eine gewünschte Endbreite gespalten wird. Die Prägung erfolgt vorzugsweise beim Abwickeln vom Muttercoil.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Wärmeübertrager handelt es sich um einen Klimaverdampfer mit einer Lamellen-Oberfläche, die auch als Wärmeübertragungsfläche bezeichnet wird. Auf die Wärmeübertragungsfläche wird eine Rauigkeit mit einer definierten mittleren Rautiefe Rz von 1 bis 10 µm, bevorzugt 1,5 bis 3 µm, aufgebracht. Mit diesen Rauigkeitswerten wurde eine sehr hohe sensible Wärmeübertragungsleistung erreicht. Die definierte Rauigkeit wird zum einen durch eine chemische Beizung der Lamellen des fertigen Wärmeübertragers nach dem Lötprozess erzeugt. Zum anderen wird die definierte Rauigkeit durch aufschmelzbare Salze und/oder Metallgemische, wie zum Beispiel Lote, während des Lötprozesses erzeugt. Die drei genannten Möglichkeiten sind additiv und miteinander kombinationsfähig.
  • Eine vierte Möglichkeit besteht in einer Oberflächenbeschichtung des fertigen Wärmeübertragers. Die Beschichtung selbst zeigt hierbei die definierte Oberflächenrauigkeit.
  • Eine fünfte Möglichkeit besteht in der mechanischen Bearbeitung der Wellrippenoberfläche des Wärmeübertragers während des Umformvorgangs mittels einer Walze. Je nach Anforderungen wird das bekannte Wellrippen-Aluminiumband durch ein mit einer Oberflächenstruktur versehenes Walzenpaar getrieben, wodurch die definierte Oberflächenrauigkeit erzeugt wird, die auch nach dem Lötvorgang des Wärmeübertragers erhalten bleibt.
  • Für die chemische Beizung finden Tauchverfahren auf der Basis von Flusssäure und/oder organischen und/oder anorganischen Säuren mit Fluoriden, bevorzugt Natriumbifluorid, Anwendung. Die Säure hat bevorzugt eine Konzentration von 1 bis 5 Prozent. Bei dem Werkstoff des Wärmeübertragers handelt es sich vorzugsweise um einen gelöteten Aluminiumwerkstoff. Die Einwirkzeit beträgt bei Raumtemperatur 0,5 bis 3 Minuten, bevorzugt 1 Minute.
  • Als aufschmelzbare Salze im bevorzugten Temperaturbereich 450 bis 550 Grad Celsius werden vorzugsweise Kalium-Fluoraluminate mit Zusätzen von Elementen der III, IV und V Nebengruppe des Periodensystems der Elemente im Bereich von 1 bis 8 Prozent, bevorzugt 3 Prozent, eingesetzt.
  • Als aufschmelzbare Metallgemische werden bevorzugt Lote, insbesondere Hartlote, auf Basis von Aluminium-Siliziumgemischen mit circa 8 bis 15 Prozent Siliziumanteil eingesetzt. Die aufschmelzbaren Metallgemische werden entweder plattiert oder als bindemittel- und pigmenthaltiges Lacksystem appliziert.
  • Für die Oberflächenbeschichtung werden insbesondere Überzüge mit organischen Polymeren (Lack) eingesetzt, die nach einem Trocknungs- und Vernetzungsprozess in einer definierten Rauigkeit vorliegen. Vorzugsweise werden organische Polymerbeschichtungen eingesetzt, die durch eingelagerte organische und/oder anorganische und/oder keramische und/oder metallische Partikel eine definierte Oberflächenrauigkeit generieren.
  • Die Korngröße solcher Partikel liegt zwischen 1 und 50 µm, bevorzugt bei 1 bis 10 µm. Die Polymerbeschichtung kann aus konventionellen Lackharzen bestehen oder auch aus so genannten organisch, anorganischen Netzwerken, die nach dem Sol-Gelprozess auf Basis metallorganischer Verbindungen, auf Basis siliziumorganischer Verbindungen, in situ auf der Oberfläche appliziert werden.
  • Bekannte Wärmeübertrager umfassen Rohre mit Wellrippen, die dazu dienen, eine große Wärmeübertragungsfläche bei niedrigem Eigengewicht bereitzustellen. Durch eine spezielle Geometrie der Wellrippen soll der luftseitige Druckabfall in den Rohren soweit wie möglich minimiert und der filmförmige Kondensatwasserablauf gefördert werden.
  • Gemäß einem weiteren wesentlichen Aspekt der Erfindung wird vorgeschlagen, die Wärmeübertragungsfläche der Wellrippen durch eine Prägung signifikant zu vergrößern. Zu diesem Zweck wird einem konventionellen Wellrippenherstellungsprozess eine Prägung des Aluminiumbandmaterials vorgeschaltet. Die Prägung kann dabei direkt nach dem Abcoiler in der Wellrippenwalzmaschine installiert sein.
  • Alternativ dazu kann das Coil auch vor dem Spalten auf Endbreite beim Abwickeln vom Muttercoil geprägt werden. Die Prägung kann einseitig oder beidseitig auf das Aluminiumbandmaterial aufgebracht werden. Die geprägte Struktur kann aus symmetrischen, wiederkehrenden Mustern oder aus einem chaotischen Muster bestehen. Die Prägung kann bestimmte Vorzugsrichtungen, zum Beispiel parallel oder rechtwinklig zur Bandrichtung, aufweisen.

Claims (23)

  1. Wärmeübertragungsfläche, insbesondere Lamellenoberfläche, an der im Betrieb ein Medium kondensiert und die hydrophil ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeübertragungsfläche eine definierte Rauigkeit mit einer gemittelten Rautiefe Rz von 1 bis 10 µm aufweist.
  2. Wärmeübertragungsfläche nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeübertragungsfläche eine definierte Rauigkeit mit einer gemittelten Rautiefe Rz von 1,5 bis 3 µm aufweist.
  3. Wärmeübertragungsfläche, insbesondere an einer Wellrippe aus einem Aluminiumbandmaterial, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeübertragungsfläche mit einer Prägung versehen ist.
  4. Wärmeübertragungsfläche nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Prägung eine Struktur aufweist, die einseitig oder beidseitig an einer Wellrippe insbesondere aus einem Aluminiumbandmaterial vorgesehen ist.
  5. Wärmeübertragungsfläche nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Prägung eine Struktur mit wiederkehrenden oder sich wiederholenden Mustern aufweist.
  6. Wärmeübertragungsfläche nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Prägung eine Struktur mit mindestens einem symmetrischen oder chaotischen Muster aufweist.
  7. Wärmeübertragungsfläche nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Prägung eine Struktur mit einer Vorzugsrichtung aufweist.
  8. Wärmeübertrager, insbesondere Verdampfer, mit einer Wärmeübertragungsfläche, insbesondere einer Lamellenoberfläche, nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
  9. Verfahren zum Herstellen einer Wärmeübertragungsfläche, insbesondere einer Lamellenoberfläche, an der im Betrieb ein Medium kondensiert und die hydrophil ausgebildet ist, nach einem der Ansprüche 1 bis 2, insbesondere eines Wärmeübertragers nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die definierte Rauigkeit durch eine chemische Beizung erzeugt wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die chemische Beizung im Tauchverfahren auf der Basis von mindestens einer Säure durchgeführt wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Säure eine Konzentration von 1 bis 5 Prozent aufweist.
  12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Einwirkzeit der Säure bei Raumtemperatur 0,5 bis 3 Minuten beträgt.
  13. Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 9, insbesondere nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die definierte Rauigkeit durch aufschmelzbare Salze und/oder Metallgemische erzeugt wird.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass als aufschmelzbare Salze Kalium-Fluoraluminate verwendet werden.
  15. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass als äufschmelzbare Metallgemische Lote, insbesondere Hartlote, auf der Basis eines Aluminium-Siliziumgemischs verwendet werden,
  16. Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeübertragungsfläche mit einer Oberflächenbeschichtung versehen wird, welche die definierte Rauigkeit aufweist.
  17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeübertragungsfläche mit einem Lack überzogen wird, der organische Polymere umfasst.
  18. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeübertragungsfläche mit einer Polymerbeschichtung überzogen wird, die durch eingelagerte organische und/oder anorganische und/oder keramische und/oder metallische Partikel die gewünschte Rauigkeit generiert.
  19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Korngröße der Partikel zwischen 1 und 50 µm beträgt.
  20. Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 9, dadurch gekennzeichnet, dass die definierte Rauigkeit der Wärmeübertragungsfläche durch mechanische Bearbeitung erzeugt wird.
  21. Verfahren zum Herstellen einer Wärmeübertragungsfläche nach einem der Ansprüche 3 bis 7, aus einem Bandmaterial, insbesondere aus einem Aluminiumbandmaterial, dadurch gekennzeichnet, dass einem Verfahren zum Herstellen von Wellrippen aus dem Bandmaterial eine Prägung des Bandmaterials vorgeschaltet wird.
  22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Prägung in einer Wellrippenwalzmaschine durchgeführt wird.
  23. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Bandmaterial geprägt wird, bevor es auf eine gewünschte Endbreite gespalten wird.
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