DE102005056970A1

DE102005056970A1 - Klimaanlagen-Verdampfer

Info

Publication number: DE102005056970A1
Application number: DE102005056970A
Authority: DE
Inventors: Robin Dipl.-Ing. Gruber; Bernhard Dipl.-Ing. Kübler
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2005-11-30
Filing date: 2005-11-30
Publication date: 2007-05-31

Abstract

Ein Klimaanlagen-Verdampfer weist eine Kühlmittelleitung (10) auf, die durch den Verdampfer führt. In der Kühlmittelleitung (10) erfolgt eine Kühlmittelexpansion. An die Kühlmittelleitung (10) grenzen Verdampferelemente (16), wie Verdampferlamellen, zur Kälteabgabe an einen Luftstrom (18, 20) an. An den Verdampferelementen (16) bildet sich auf Grund der Feuchtigkeit des Luftstroms (18, 20) ein Kondensat. Dies kann zur Bildung von Mikroorganismen und Baktieren führen. Zur Verringerung der Bakterienbildung kann erfindungsgemäß ein Strahlungsgenerator (22) zur Erzeugung von UV-Strahlung vorgesehen sein. Die UV-Strahlung dient zur Desinfektion.

Description

Die Erfindung betrifft einen Klimaanlagen-Verdampfer.

Klimaanlagen weisen einen Kompressor auf, der ein üblicherweise gasförmiges Kältemittel verdichtet. In einem sich an den Kompressor anschließenden Kondensator wird dem Kältemittel Wärme entzogen, so dass beim Verwenden eines gasförmigen Kältemittels das Kältemittel verflüssigt wird. Im Anschluss hieran wird das Kältemittel zu einem Expansionsventil geleitet. Das Expansionsventil hält einerseits den Druck im System aufrecht und ermöglicht andererseits in Strömungsrichtung ein Expandieren des Kältemittels. Bei der Expansion bzw. Entspannung des Kältemittels nimmt das Kältemittel Wärme auf. Die Entspannung erfolgt innerhalb eines Verdampfers, der insbesondere zur Vergrößerung der Oberfläche Verdampfungselemente, wie Verdampfungslamellen, aufweist. Durch das Entspannen des Kältemittels erfolgt ein Kühlen der Verdampferelemente. An den Verdampferelementen wird der zu kühlende Luftstrom entlanggeleitet. An den Verdampferelementen sowie an Bauteilen der näheren Umgebung der Verdampferelemente kondensiert die in dem zu kühlenden Luftstrom enthaltene Feuchtigkeit. Dies hat zur Folge, dass insbesondere an den Verdampferelementen sowie ggf. an Bauteilen in der näheren Umgebung der Verdampferelemente ein feuchtes Milieu entsteht. Dies kann zur Bildung von Mikroorganismen bzw. Bakterien führen. Die Bakterienbildung kann zu einer Geruchsbelästigung oder zu Gesundheitsbeeinträchtigungen führen. Hierbei können allergene Reaktionen, Inhalationsinfektionen, Atemwegsinfektionen, Pneumonien und dgl. auftreten.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Klimaanlagen-Verdampfer zu schaffen, bei dem die Gefahr der Bildung von Mikroorganismen oder Bakterien verringert ist.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch einen Klimaanlagen-Verdampfer gemäß Anspruch 1, Anspruch 7, Anspruch 14 und/oder Anspruch 20.

Ein Klimaanlagen-Verdampfer weist eine durch den Verdampfer führende Kältemittelleitung auf. In der Kältemittelleitung expandiert das Kältemedium. Um eine gute Kühlung der zu kühlenden Luft zu erzielen, sind an die Kältemittelleitung angrenzend Verdampferelemente zur Kälteabgabe an den Luftstrom angeordnet. Bei den Verdampferelementen handelt es sich insbesondere um Verdampferlamellen, wobei die Verdampferelemente vorzugsweise derart ausgebildet sind, dass eine deutliche Vergrößerung der Oberfläche erfolgt, da die Kühlung des Luftstroms in erster Linie durch Konvektion erfolgt.

Bei einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Verdampferelemente zur Vermeidung von Bakterienbildung beschichtet. Bei dieser Beschichtung handelt es sich vorzugsweise um eine bakterizide Beschichtung. Als bakterizide Beschichtung sind beispielsweise Beschichtungen geeignet, die Silber aufweisen, insbesondere einen Silberbestandteil von über 90% haben. Hierbei hat das Vorsehen einer Silberbeschichtung ferner den Vorteil, dass diese galvanisch auf die Oberfläche der Verdampferelemente aufgebracht werden kann. Dies hat den Vorteil, dass es sich um eine fest haftende Schicht handelt, die im Betrieb nicht verbraucht wird bzw. eine äußerst lange Lebensdauer aufweist. Eine Silberbeschichtung stellt somit einen katalytischen Bakterienschutz dar.

Zusätzlich oder anstelle einer bakteriziden Beschichtung kann eine Oberflächenbeschichtung vorgesehen sein, die eine abperlende Oberfläche schafft. Hierbei handelt es sich um eine Oberfläche, die den sog. Lotuseffekt aufweist. Derartige Beschichtungen sind insbesondere in EP 0 772 514 beschrieben. Insbesondere bei einer Beschichtung, die eine abperlende Oberfläche schafft, ist es vorteilhaft, dass die Oberfläche der Verdampfungselemente gegenüber der Horizontalen geneigt ist, um ein Abfließen des Kondensats zu unterstützen.

Bei einer zweiten bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Klimaanlagen-Verdampfers, die eine selbstständige Erfindung darstellt, ist ein Wellengenerator zur Erzeugung von Desinfektionswellen im Bereich der Verdampfungselemente vorgesehen. Mithilfe eines Wellengenerators werden insbesondere hochfrequente elektromagnetische Wellen, wie Radiowellen, erzeugt und auf die Verdampfungselemente gerichtet. Insbesondere auf Grund der hohen Frequenz der elektromagnetischen Wellen erfolgt ein Desinfizieren der Verdampferelemente, so dass das Auftreten von Mikroorganismen oder Bakterien vermieden oder zumindest stark reduziert ist.

Besonders bevorzugt ist es, die elektromagnetischen Wellen zu polarisieren, wobei die Polarisationsrichtung der Wellen vorzugsweise im Wesentlichen dem Verlauf der Verdampferelement-Oberfläche folgt. Die Polarisationsebene der Wellen ist somit im Wesentlichen parallel zur Oberfläche der Verdampferelemente. Hierdurch ist gewährleistet, dass die elektromagnetischen Wellen die Verdampferelemente bzw. Verdampferlamellen durchdringen.

Vorzugsweise ist der Wellengenerator mit einer Steuereinrichtung verbunden. Mithilfe der Steuereinrichtung wird der Wellengenerator beispielsweise in regelmäßigen Zeitabständen eingeschaltet. Hierbei kann von der Steuereinrichtung berücksichtigt werden, mit welcher Häufigkeit die Klimaanlage benutzt wird. Somit kann die Steuereinrichtung auch eine bedarfsabhängige Steuerung des Wellengenerators durchführen. Insbesondere zu einer bedarfsabhängigen Steuerung ist es vorteilhaft, geeignete Sensoren vorzusehen, durch die die Bildung von Kondensat auf den Verdampferelementen detektiert wird. Insbesondere ist das Vorsehen eines Betauungssensors zur bedarfsabhängigen Steuerung des Wellengenerators vorteilhaft.

Vorzugsweise weist diese Ausführungsform des Klimaanlagen-Verdampfers eine Abschirmeinrichtung auf. Die Abschirmeinrichtung dient dazu, von dem Wellengenerator erzeugte Wellen abzuschirmen um zu vermeiden, dass die austretenden Wellen beispielsweise Störungen bei benachbarten Geräten hervorrufen oder Personen durch die Klimaanlage beeinträchtigt werden könnten. Hierzu ist die Abschirmeinrichtung beispielsweise im Bereich von Lufteinlässen und Luftauslässen, durch die der zu kühlende Luftstrom geführt wird, vorgesehen. Als Abschirmeinrichtung sind insbesondere Metallgitter geeignet, wobei die Maschenweite der Metallgitter insbesondere klein gegenüber den verwendeten Wellenlängen des Wellengenerators ist. Durch Vorsehen einer Abschirmeinrichtung kann ein elektromagnetisches Kapseln des Klimaanlagen-Verdampfers erzielt werden.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Klimaanlagen-Verdampfers, der ebenfalls eine selbständige Erfindung darstellt, ist ein Strahlungsgenerator zur Erzeugung von Desinfektionsstrahlungen im Bereich der Verdampferelemente vorgesehen. Durch den Strahlungsgenerator wird vorzugsweise UV-Strahlung erzeugt, wobei harte UV-Strahlung im Bereich um 254 nm bevorzugt ist. Geeignet ist insbesondere Strahlung im Bereich von 90–300 nm.

Durch das Vorsehen eines Strahlungsgenerators ist das Entstehen von störenden Mikroorganismen und Bakterien vermieden oder zumindest stark reduziert. Um sicherzustellen, dass sämtliche Bereiche der Verdampfungselemente, an denen sich Kondensat bilden kann, mit der Strahlung bestrahlt werden, sind die Verdampfungselemente zumindest teilweise spiegelnd beschichtet, um ein Umlenken der Strahlen zu gewährleisten. Zusätzlich oder anstatt der Verdämpfungselemente können auch Umgebungsbauteile zumindest teilweise spiegelnd beschichtet sein.

Entsprechend des Klimaanlagen-Verdampfers mit einem Wellengenerator kann auch der Klimaanlagen-Verdampfer mit einem Strahlungsgenerator eine Abschirmeinrichtung aufweisen. Durch die Abschirmeinrichtung ist sichergestellt, dass keine vom Strahlungsgenerator erzeugte Strahlung austritt und beispielsweise zur Gefährdung von Personen führt. Durch die Abschirmeinrichtung kann ferner sichergestellt werden, dass keine Strahlung auf Kunststoffteile trifft, die gegenüber dieser Strahlung empfindlich sind, da bei vielen Kunststoffen durch UV-Strahlung ein Verspröden auftritt. Ggf. kann bei Kunststoff-Bauteilen, die dennoch der Strahlung ausgesetzt sind, ein spezieller Kunststoff verwendet werden. Hierbei kann die Abschirmeinrichtung eine spiegelnde Oberfläche aufweisen, um ein Zurückreflektieren der Strahlung in Richtung der Verdampfungselemente zu bewirken. Ebenso kann die Abschirmeinrichtung eine teilweise strahlungsabsorbierende Beschichtung aufweisen oder teilweise aus strahlungsabsorbierendem Material bestehen.

Die Abschirmeinrichtung ist entsprechend der Abschirmeinrichtung bei dem Wellengenerator derart ausgebildet bzw. angeordnet, dass insbesondere die Öffnungen zum Lufteintritt und Luftaustritt abgeschirmt sind.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Klimaanlagen-Verdampfers, der ebenfalls eine eigenständige Erfindung darstellt, ist eine Trocknungseinrichtung zum Trocknen der Verdampferelemente vorgesehen. Durch Trocknen der Verdampferelemente, beispielsweise mithilfe eines Gebläses oder einer elektrischen Heizung, kann ebenfalls sichergestellt werden, dass die Bildung von Mikroorganismen zumindest deutlich reduziert ist.

Besonders bevorzugt ist es, dass die erfindungsgemäße Trocknungseinrichtung einen Kanal zum Durchleiten eines warmen Mediums aufweist. Hierbei ist der Kanal insbesondere derart angeordnet, dass er durch den Verdampfer führt. Als warmes Medium ist insbesondere ein Kühlmittel eines Motors, insbesondere eines Verbrennungsmotors, wie eines Kraftfahrzeugmotors, geeignet. Bei Einsatz des Klimaanlagen-Verdampfers in einer Kraftfahrzeug-Klimaanlage kann somit der Kanal der Trocknungseinrichtung auf einfache Weise mit dem Kühlmittelkreislauf des Verbrennungsmotors verbunden werden.

Die einzelnen Ausführungsformen des Klimaanlagen-Verdampfers weisen somit das Vorsehen einer Beschichtung auf den Verdampferelementen, das Vorsehen eines Wellengenerators, das Vorsehen eines Strahlungsgenerators und das Vorsehen einer Trocknungseinrichtung auf. Durch jede dieser Maßnahmen kann unabhängig voneinander eine Verringerung der Bildung von Mikroorganismen erzielt werden. Besonders bevorzugt ist es, die einzelnen Ausführungsformen der Erfindung zu kombinieren. Hierbei ist insbesondere die Kombination mit einer Beschichtung, insbesondere einer bakteriziden Beschichtung, mit einer der anderen Erfindungen vorteilhaft.

Die vorstehend erläuterten Erfindungen nehmen stets auf die Verdampfungselemente Bezug. Selbstverständlich können die entsprechenden Maßnahmen auch bei zu den Verdampfungselementen benachbarten Elementen vorgesehen sein, an denen ebenfalls ein Niederschlag von Kondensat bzw. das Bilden von Feuchtigkeit auftreten kann.

Besonders bevorzugt ist die Verwendung der einzelnen vorstehend beschriebenen Klimaanlagen-Verdampfer oder von Kombinationen der beschriebenen Klimaanlagen-Verdampfer bei Kraftfahrzeug-Klimaanlagen.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
1 eine schematische, teilweise geschnittene Draufsicht eines Klimaanlagen-Verdampfers mit Strahlungsgenerator, und
2 eine schematische, teilweise geschnittene Draufsicht eines Klimaanlagen-Verdampfers mit einer Trocknungseinrichtung.
Der Klimaanlagen-Verdampfer weist eine Kühlmittelleitung 10 auf, durch die sich entspannendes Kühlmittel in Richtung eines Pfeils 12 geleitet wird. Nachdem das Kühlmittel den in 1 dargestellten Abschnitt der Kühlmittelleitung 10 durchströmt hat, wird das expandierte Kühlmittel in Richtung eines Pfeils 14 wieder zurück zum Kompressor geführt. An die Kühlmittelleitung 10 angrenzend sind Verdampfungselemente, wie Verdampfungslamellen 16 angeordnet. Die bei der Expansion des Kühlmittels in der Kühlmittelleitung 10 erzeugte Kälte führt somit zum Kühlen der Verdampfungslamellen 16. An der Oberfläche der Verdampfungslamellen 16 strömt ein zu kühlender Luftstrom 18 entlang. Nach dem Kühlen gelangt der nun gekühlte Luftstrom 20 beispielsweise in den Innenraum eines Kraftfahrzeugs.
Zur Vermeidung von Bakterienbildung ist bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Inneren der Verdampfungselemente ein Strahlungsgenerator 22 zur Erzeugung von UV-Strahlung vorgesehen. Bei dem Strahlungsgenerator 22 handelt es sich um ein Leuchtmittel, durch das Strahlung eines entsprechenden Wellenlängenbereichs erzeugt wird.
Bei einer zweiten Ausführungsform (2) sind identische oder ähnliche Bauteile mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.
Zur Trocknung der Verdampferlamellen 16 ist eine Trocknungseinrichtung vorgesehen, die einen Kanal 24 aufweist. Der Kanal 24 ist durch den Verdampfer geführt und somit innerhalb der Verdampferlamellen 16 angeordnet. Der Kanal 24 ist beim Verwenden der Klimaanlage in einem Kraftfahrzeug vorzugsweise mit dem Kühlmittelkreislauf des Verbrennungsmotors verbunden, so dass warmes bzw. heißes Kühlmittel in Richtung eines Pfeils 26 in den Bereich der Verdampferlamellen 16 einströmt und diesen Bereich in Richtung des Pfeils 28 sodann wieder verlässt. In dem Kanal 24 kann ein Ventil angeordnet sein, das mithilfe einer Steuereinrichtung steuerbar ist. Hierdurch ist es möglich, nur zu vorgegebenen Zeitpunkten oder bedarfsabhängig ein warmes Medium durch den Kanal 24 zu leiten.

Claims

Klimaanlagen-Verdampfer, mit einer durch den Verdampfer führenden Kältemittelleitung (10), in der Kältemedium expandiert, und an die Kältemittelleitung (10) angrenzende Verdampferelemente (16) zur Kälteabgabe an einen Luftstrom (18, 20), dadurch gekennzeichnet, dass die Verdampferelemente (16) zur Vermeidung von Bakterienbildung beschichtet sind.
Klimaanlagen-Verdampfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine bakterizide Beschichtung vorgesehen ist.
Klimaanlagen-Verdampfer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung Silber aufweist.
Klimaanlagen-Verdampfer nach einem der Ansprüche 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung galvanisch aufgebracht ist.
Klimaanlagen-Verdampfer nach einem der Ansprüche 1–4, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung eine abperlende Oberfläche erzeugt.
Klimaanlagen-Verdampfer nach einem der Ansprüche 1–5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdampferelemente (16) gegenüber der horizontalen eine geneigte Oberfläche aufweisen.
Klimaanlagen-Verdampfer, mit einer durch den Verdampfer führenden Kältemittelleitung (10), in der Kältemedium expandiert, und an die Kältemittelleitung (10) angrenzende Verdampferelemente (16) zur Kälteabgabe an einen Luftstrom (18, 20), gekennzeichnet durch einen Wellengenerator zur Erzeugung von Desinfektionswellen im Bereich der Verdampferelemente.
Klimaanlagen-Verdampfer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Wellengenerator hochfrequente Wellen erzeugt.
Klimaanlagen-Verdampfer nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellen polarisiert sind und vorzugsweise eine Polarisierungsrichtung aufweisen, die im Wesentlichen dem Verlauf der Oberflächen der Verdampfungselemente entspricht.
Klimaanlagen-Verdampfer nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch eine mit dem Wellengenerator verbundene Steuereinrichtung zur Zeit- und/oder bedarfsabhängigen Steuerung des Wellengenerators.
Klimaanlagen-Verdampfer nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung mit einem Betauungssensor verbunden ist.
Klimaanlagen-Verdampfer nach einem der Ansprüche 7–11, gekennzeichnet durch eine Abschirmeinrichtung zur Abschirmung der durch den Wellengenerator erzeugten Wellen.
Klimaanlagen-Verdampfer nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmeinrichtung ein Metallgitter aufweist, dessen Maschenweite insbesondere klein gegenüber der vom Wellenlängengenerator erzeugten Wellenlänge ist.
Klimaanlagen-Verdampfer, mit einer durch den Verdampfer führenden Kältemittelleitung (10), in der Kältemedium expandiert, und an die Kältemittelleitung (10) angrenzende Verdampferelemente (16) zur Kälteabgabe an einen Luftstrom (18, 20), gekennzeichnet durch einen Strahlungsgenerator zur Erzeugung von Desinfektionsstrahlung im Bereich der Verdampfungselemente (16).
Klimaanlagen-Verdampfer nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlungsgenerator UV-Strahlung erzeugt, insbesondere in einem Wellenlängenbereich von 90–300 nm.
Klimaanlagen-Verdampfer nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdampfungselemente (16) zumindest teilweise spiegelnd beschichtet sind.
Klimaanlagen-Verdampfer nach einem der Ansprüche 14–16, gekennzeichnet durch eine Abschirmeinrichtung zur Abschirmung der durch den Strahlungsgenerator erzeugten Strahlung.
Klimaanlagen-Verdampfer nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmeinrichtung eine strahlungsabsorbierende Beschichtung bzw. ein strahlungsabsorbierendes Material aufweist.
Klimaanlagen-Verdampfer nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmeinrichtung Austrittsbereiche, durch die insbesondere der Luftstrom (28) austritt, abschattet.
Klimaanlagen-Verdampfer, mit einer durch den Verdampfer führenden Kältemittelleitung (10), in der Kältemedium expandiert, und an die Kältemittelleitung (10) angrenzende Verdampferelemente (16) zur Kälteabgabe an einen Luftstrom (18, 20), gekennzeichnet durch eine Trocknungseinrichtung (24) zum Trocknen der Verdampfungselemente (16).
Klimaanlagen-Verdampfer nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Trocknungseinrichtung einen Kanal (24) zum Durchleiten eines warem Mediums aufweist, wobei der Kanal zur Erwärmung der Verdampfungselemente (16) durch den Verdampfer führt.
Klimaanlagen-Verdampfer nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Kanal (24) mit dem Kühlmittelkreislauf eines Motors, insbesondere eines Verbrennungsmotors, verbunden ist.
Verwendung eines Klimaanlagen-Verdampfers nach einem der Ansprüche 1–22 in einer Kraftfahrzeug-Klimaanlage.