Kühlvorrichtung mit verringerter Vereisungsgefahr

Abstract

 Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung (1) zur Kühlung einer eine Feuchtigkeit aufweisenden Umgebung mittels Wärmeenergietransports, insbesondere nach Art eines Verdampfers, Wärmetauschers oder dergleichen, mit mindestens einem Kontaktbereich (2), welcher der Umgebung ausgesetzt ist, um Wärmeenergie zu transportieren.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Kühlvorrichtung (1) mit einem entsprechenden Kontaktbereich (2) sowie einen Kontaktbereich (2) zu schaffen, bei denen eine Vereisung effektiv, umweltschonend und ohne großen Aufwand verhinderbar ist.
Gekennzeichnet ist die Erfindung dadurch, dass der Kontaktbereich (2) zumindest teilweise mit einer einen Gefrierpunkt der Feuchtigkeit absenkenden Beschichtung (3) ausgebildet ist, um ein Gefrieren der Feuchtigkeit aus der Umgebung zu vermeiden oder zumindest zu reduzieren.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung zur Kühlung einer eine Feuchtigkeit aufweisenden Umgebung mittels Wärmeenergietransports, insbesondere nach Art eines Verdampfers, Wärmetauschers oder dergleichen, nach Patentanspruch 1. Weiter betrifft die Erfindung eine Beschichtung eines Kontaktbereichs einer Kühlvorrichtung nach Patentanspruch 10.

[0002] Bekannt sind aus dem Stand der Technik verschiedene Verdampfer von Klimaanlagen oder Wärmepumpen für eine Abkühlung von feuchtigkeitsaufweisender Umgebungsluft, bei denen es bei der Abkühlung der Luft unter den Taupunkt zur Kondensation der in der Luft enthaltenen Feuchtigkeit kommt. Das Kondensat schlägt sich auf der Oberfläche des Verdampfers nieder. Liegt dort die Temperatur unterhalb des Gefrierpunktes der Feuchtigkeit, so kommt es an diesen Stellen zu Eisbildung auf der Oberfläche. Das sich bildende Eis verschlechtert den Wärmeübergang von der Luft zu dem in den Anlagen geführten Kältemittel. Dadurch werden die Leistung und der Wirkungsgrad derartiger Anlagen negativ beeinflusst. Zudem kann es durch eine derartige Vereisung zu einem erhöhten Strömungswiderstand der Luft kommen, bis hin zu einer vollständigen Blockade des Luftweges.

[0003] Um dieses Problem zu lösen, werden zum Beispiel bei Wärmepumpen im Falle des Auftretens von Eis am Verdampfer regelmäßig Enteisungen vorgenommen. Der Enteisungsvorgang erfordert hierbei einen zusätzlichen Energieaufwand, der zusätzliche Wärme und/oder Kosten verursacht und die Umwelt belastet. Um eventuelle Eisbildung zu verhindern oder zu reduzieren, werden beispielsweise bei Verdampfern wasserabweisende Beschichtungen vorgesehen oder es werden bestimmte strömungstechnische Mittel angeordnet, die eine Luftführung derart bewirken, dass Wassertropfen mit dem Luftstrom mitgerissen werden.

[0004] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kühlvorrichtung mit einem entsprechenden Kontaktbereich sowie die Gestaltung des Kontaktbereichs in Anlagen zu schaffen, bei denen eine Vereisung effektiv, umweltschonend und ohne großen Aufwand verhinderbar ist.

[0005] Erfindungsgemäß wird dies durch die Gegenstände mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und des Patentanspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

[0006] Die erfindungsgemäße Kühlvorrichtung zur Kühlung einer eine Feuchtigkeit aufweisenden Umgebung mittels Wärmeenergietransports, insbesondere nach Art eines Verdampfers, Wärmetauschers oder dergleichen, weist mindestens einen Kontaktbereich auf, welcher der Umgebung ausgesetzt ist, um Wärmeenergie zu transportieren. Dabei ist der Kontaktbereich zumindest teilweise mit einer einen Gefrierpunkt der Feuchtigkeit absenkenden Beschichtung ausgebildet, um ein Gefrieren der Feuchtigkeit aus der Umgebung zu vermeiden oder zumindest zu reduzieren.

[0007] In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Beschichtung zumindest teilweise aus einem Polymer besteht, welches eine thermische Hysterese in Kontakt mit der Feuchtigkeit bewirkt. Als thermische Hysterese wird im Zusammenhang mit der Erfindung eine Temperaturdifferenz zwischen einem Gefrierpunkt und einem Schmelzpunkt bezeichnet. In anderen Worten wird in Kontakt mit dem Polymer beispielsweise ein Gefrierpunkt herabgesetzt, nicht jedoch ein Schmelzpunkt der Flüssigkeit. Ein derartiges Polymer ist beispielsweise Polyvinylalkohol. Geeignete Polymere sind beispielsweise beschrieben in der Veröffentlichung "Erneuerbare Energien" vom November 2007 oder "SMM Werkstofftechnik" Nr. 10-2007, auf deren Inhalt hiermit vollumfänglich Bezug genommen wird.

[0008] Bei einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die thermische Hysterese derart ausgebildet ist, dass die flüssige Feuchtigkeit bei einem Gefrierpunkt gefriert und die gefrorene Feuchtigkeit bei einem Schmelzpunkt schmilzt, wobei zwischen Gefrierpunkt und Schmelzpunkt ein Temperaturunterschied von etwa größer gleich 0,5 K, bevorzugt von etwa größer gleich 1,0 K und am meisten bevorzugt von etwa größer gleich 1,5 K vorliegt. Mit anderen Worten liegt der Schmelzpunkt vorzugsweise um mindestens etwa 0,5 K oberhalb des Gefrierpunkts.

[0009] In noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass der Kontaktbereich zumindest teilweise Mittel zum Abführen der flüssigen Feuchtigkeit aufweist. So können insbesondere die Mittel zumindest teilweise als Lamellenanordnung ausgeführt sein. Vorzugsweise sind diese Mittel zumindest teilweise als hydrophobe Schicht ausgebildet.

[0010] Ein weiteres Ausführungsbeispiel sieht vor, dass der Kontaktbereich sowohl mit der den Gefrierpunkt der Feuchtigkeit absenkenden Beschichtung, als auch mit der hydrophoben Schicht beschichtet ist. Dabei können die den Gefrierpunkt der Feuchtigkeit absenkende Beschichtung und die hydrophobe Schicht abwechselnd nach Art eines geeigneten Musters ausgebildet sein, ausgewählt aus der Gruppe der Muster umfassend Schachbrettmuster, Linienmuster, Karomuster, Längsstreifenmuster, Querstreifenmuster, Kreisringmuster und dergleichen.

[0011] Weiter sieht ein anderes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung vor, dass der Kontaktbereich als Verdampferoberfläche, als Wärmetauscheroberfläche oder dergleichen ausgebildet ist.

[0012] Die erfindungsgemäße Verwendung einer Gefrierpunkt reduzierenden Beschichtung für einen Kontaktbereich einer Wärmeenergieübertragungsfläche, wobei der Kontaktbereich zumindest teilweise mit der einen Gefrierpunkt der Feuchtigkeit absenkenden Beschichtung ausgebildet ist, um ein Gefrieren der Feuchtigkeit aus der Umgebung zu vermeiden oder zumindest zu reduzieren, sieht eine Anwendung vor bei: einem Verdampfer, einem Wärmetauscher, einer Lüftungsanlage, insbesondere einer Wohnungslüftungsanlage, einer Klimaanlage, insbesondere einer Kraftfahrzeugklimaanlage, einem Kühlschrank, einer Gefriertruhe, einer Wärmepumpe und dergleichen.

[0013] Mit der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung sowie der erfindungsgemäßen Verwendung der Beschichtung wird die Vereisung von Verdampfern und anderen Kühlgeräten hin zu niedrigeren Temperaturen verschoben und hinsichtlich der Menge der Vereisung verringert. Ebenso gilt dies für Wärmeübertrager, welche auf einer oder mehreren Seiten luftbeaufschlagt werden, zum Beispiel in Wohnungslüftungsanlagen. Durch die vielseitige Verwendung lässt sich eine Vereisung ebenfalls bei KFZ-Klimaanlagen verringern oder vermeiden, wobei bei derartigen KFZ-Klimaanlagen die Luft bislang nur auf Temperaturen knapp über dem Gefrierpunkt heruntergekühlt wird, um dort eine Vereisung zu verhindern. Mit der erfindungsgemäßen Lösung lässt sich eine tiefere Abkühlung realisieren, wodurch ein schnelleres Herunterkühlen der Fahrgastzelle ermöglicht wird. Auch lässt sich bei der Verwendung an Kühlschränken eine Vereisung an Innenwänden des Kühlschrankes effektiv verhindern. Insgesamt wird eine Reduzierung der Gefriertemperatur an der Oberfläche eines Kühlgerätes, wie zum Beispiel einem Verdampfer, bewirkt. Zudem lässt sich so die Anzahl der Heizstunden, in welchen eine Abtauung des Verdampfers zum Beispiel erforderlich ist, reduzieren. Es ergibt sich eine Aufwandsreduktion von etwa 30% gegenüber dem Stand der Technik. Zudem kann die an einem Verdampfer entstehende Eismenge drastisch reduziert werden, was die Energie für das Abtauen zusätzlich reduziert. Negative Auswirkungen auf Leistung und Wirkungsgrad einer Wärmepumpe durch Eisbildung können durch die erfindungsgemäße Lösung reduziert werden.

[0014] Durch Anordnen einer hydrophoben Schicht und einer einen Gefrierpunkt reduzierenden Schicht in geeigneten Mustern lässt sich die Effektivität der einzelnen Schichten in Kombination weiter steigern. Dadurch, dass die hydrophobe Schicht ein Abfließen erleichtert, kann bei Beginn einer Eisbildung die erste Eisbildung mittels des abfließenden Wassers mitgerissen werden. Durch die Gefrierpunkt reduzierende Schicht lässt sich ein Gefrieren zu niedrigeren Temperaturen hin verschieben. In Kombination der beiden Schichten lässt sich eine Eisablagerung noch weitere reduzieren.

[0015] Die Zeichnung stellt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dar und zeigt in einer einzigen Figur schematisch eine Luftseite einer Kühlvorrichtung.

[0016] Die Kühlvorrichtung 1 ist vorliegend als Verdampfer ausgebildet. Dargestellt ist in der Ansicht ein als Luftseite 2 des Verdampfers ausgebildeter Kontaktbereich, welcher der Umgebung ausgesetzt ist, also eine Umgebungsluft kontaktiert. Die Umgebungsluft enthält Feuchtigkeit. Die Luftseite 2 weist an der der Umgebung zugewandten Oberfläche eine einen Gefrierpunkt der Feuchtigkeit der Luft absenkende Beschichtung 3 auf. Die Beschichtung 3 ist vorliegend als sogenannte Antifreeze-Polymerschicht ausgebildet. Je nach Auswahl des Polymers, bewirkt die Beschichtung 3, dass sich bei Temperaturen bis etwa - 3 °C keine Eisschicht auf der Luftseite 2 des Verdampfers 1, das heißt dem Kontaktbereich, bildet, sondern allenfalls ein Wasserfilm. Eventuell auf dem Wasserfilm gefrierendes Wasser kann somit mit dem Wasserfilm abgleiten.

[0017] Der Verdampfer 1 ist weiter vorteilhafterweise so ausgebildet, dass ein Kondensat zumindest größtenteils abläuft. Hierfür ist im vorliegenden Fall die Luftseite 2 als vertikale Wandung ausgebildet. Alternativ hierzu kann eine geeignete Lamellenanordnung ausgebildet sein. Um ein zusätzliches Abfließen des Kondensats zu gewährleisten, ist in der dargestellten Ausführungsform die Luftseite 2 weiter mit einer hydrophoben Schicht 4 beschichtet. In der vorliegenden Figur wechseln die Beschichtungen 3, 4 alternierend ab. Die Beschichtungen 3, 4 können zueinander beabstandet angeordnet sein, wie in der Figur dargestellt, oder aneinander angrenzend ausgebildet sein. Auf diese Weise ist ein Linienmuster mit hydrophober Schicht 4 und Gefrierpunkt reduzierender Schicht 3 an der Luftseite 2 ausgebildet. Das auf der hydrophoben Schicht 4 ablaufende Wasser nimmt das Wasser auf der Gefrierpunkt reduzierenden Schicht 3 mit. Hierdurch wird das Anfrieren zum Beispiel verbleibenden Restwassers deutlich reduziert.

Ansprüche

1. Kühlvorrichtung (1) zur Kühlung einer eine Feuchtigkeit aufweisenden Umgebung mittels Wärmeenergietransports, mit mindestens einem Kontaktbereich (2), welcher der Umgebung ausgesetzt ist, um Wärmeenergie zu transportieren,
dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktbereich (2) zumindest teilweise mit einer einen Gefrierpunkt der Feuchtigkeit absenkenden Beschichtung (3) ausgebildet ist, um ein Gefrieren der Feuchtigkeit aus der Umgebung zu vermeiden oder zumindest zu reduzieren.

2. Kühlvorrichtung (1) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass die Gefrierpunkt reduzierende Beschichtung (3) zumindest teilweise aus einem Polymer besteht, welches eine thermische Hysterese in Kontakt mit der Feuchtigkeit bewirkt.

3. Kühlvorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass die thermische Hysterese derart ausgebildet ist, dass die flüssige Feuchtigkeit bei einem Gefrierpunkt gefriert und die gefrorene Feuchtigkeit bei einem Schmelzpunkt schmilzt, wobei zwischen Gefrierpunkt und Schmelzpunkt ein Temperaturunterschied von etwa größer gleich 0,5 K, bevorzugt von etwa größer gleich 1,0 K und am meisten bevorzugt von etwa größer gleich 1,5 K vorliegt.

4. Kühlvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktbereich (2) zumindest teilweise Mittel zum Abführen der flüssigen Feuchtigkeit aufweist.

5. Kühlvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zumindest teilweise als Lamellenanordnung ausgeführt sind.

6. Kühlvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zumindest teilweise als hydrophobe Schicht (4) ausgebildet sind.

7. Kühlvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktbereich (2) sowohl mit der den Gefrierpunkt der Feuchtigkeit absenkenden Beschichtung (3), als auch mit der hydrophoben Schicht (4) beschichtet ist.

8. Kühlvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, dass die den Gefrierpunkt der Feuchtigkeit absenkende Beschichtung (3) und die hydrophobe Schicht (4) abwechselnd nach Art eines geeigneten Musters ausgebildet sind, ausgewählt aus der Gruppe der Muster umfassend Schachbrettmuster, Linienmuster, Karomuster, Längsstreifenmuster, Querstreifenmuster, Kreisringmuster und dergleichen.

9. Kühlvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktbereich (2) als Verdampferoberfläche, als Wärmetauscheroberfläche oder dergleichen ausgebildet ist.

10. Verwendung einer Gefrierpunkt reduzierenden Beschichtung für einen Kontaktbereich (2) einer Wärmeenergieübertragungsfläche, wobei der Kontaktbereich (2) zumindest teilweise mit der einen Gefrierpunkt der Feuchtigkeit absenkenden Beschichtung (3) ausgebildet ist, um ein Gefrieren der Feuchtigkeit aus der Umgebung zu vermeiden oder zumindest zu reduzieren, gemäß einem der vorherigen Ansprüche, bei:

einem Verdampfer,

einem Wärmetauscher,

einer Lüftungsanlage, insbesondere einer Wohnungslüftungsanlage,

einer Klimaanlage, insbesondere einer Kraftfahrzeugklimaanlage,

einem Kühlschrank,

einer Gefriertruhe,

einer Wärmepumpe und dergleichen.

Zeichnung