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DE112005001996T5 - Vorrichtungen und Verfahren zum Verhindern des Vereisens sowie vereisungsresistente Herstellungsgegenstände - Google Patents

Vorrichtungen und Verfahren zum Verhindern des Vereisens sowie vereisungsresistente Herstellungsgegenstände Download PDF

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DE112005001996T5
DE112005001996T5 DE112005001996T DE112005001996T DE112005001996T5 DE 112005001996 T5 DE112005001996 T5 DE 112005001996T5 DE 112005001996 T DE112005001996 T DE 112005001996T DE 112005001996 T DE112005001996 T DE 112005001996T DE 112005001996 T5 DE112005001996 T5 DE 112005001996T5
Authority
DE
Germany
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coating
polyfluoropropene
water
polyfluoroethylene
fluoropolymer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE112005001996T
Other languages
English (en)
Inventor
Douglas P. Upton Wittmer
Joseph Westwood Kareh
Theodore Milton Ciolkosz
Joseph A. Newton Highlands Jarrell
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.)
Waters Technologies Corp
Original Assignee
Waters Investments Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Waters Investments Ltd filed Critical Waters Investments Ltd
Publication of DE112005001996T5 publication Critical patent/DE112005001996T5/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25D—REFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F25D21/00—Defrosting; Preventing frosting; Removing condensed or defrost water
    • F25D21/04—Preventing the formation of frost or condensate
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D15/00—De-icing or preventing icing on exterior surfaces of aircraft
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F19/00—Preventing the formation of deposits or corrosion, e.g. by using filters or scrapers
    • F28F19/006—Preventing deposits of ice
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
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    • F25B21/00—Machines, plants or systems, using electric or magnetic effects
    • F25B21/02—Machines, plants or systems, using electric or magnetic effects using Peltier effect; using Nernst-Ettinghausen effect
    • 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
    • F28F2245/04—Coatings; Surface treatments hydrophobic
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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Abstract

Vorrichtung zur Entnahme von Wärmeenergie aus Luft, umfassend:
a. eine Wärmeaustauschoberfläche für die Absorption von Wärmeenergie, wobei die Wärmeaustauschoberfläche; und
b. eine Lage einer im Wesentlichen hydrophoben Beschichtung auf der Oberfläche, wobei die Beschichtung eine geringere Oberflächenspannung als Wasser aufweist, um Wasser abzuweisen und die Ausbildung einer Wasserkondensation auf der Oberfläche zu vermeiden.

Description

  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die Erfindung betrifft Vorrichtungen und Verfahren zum Verhindern von Vereisungen und vereisungsresistente Herstellungsgegenstände, wie beispielsweise Wärmeaustauschvorrichtungen bzw. Wärmetauscher und Flugzeugsteuerflächen und Flugzeugauftriebsflächen.
  • VERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
  • Die Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 60/603,930, die am 24. August 2004 eingereicht worden ist. Auf den Inhalt dieser Anmeldung wird hiermit Bezug genommen.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft Vorrichtungen und Verfahren zum Verhindern von Vereisungen bzw. Eisaufbau (ice build-up) sowie vereisungsresistente Herstellungsgegenstände. Vorrichtungen, bei denen Vereisung bzw. Eisaufbau auftritt, umfassen analytische Vorrichtungen, bei denen eine Temperaturregelung erforderlich ist. Einige Instrumente verwenden Peltier-Vorrichtungen mit Wärmesenken und Wärmetauschern (heat exchangers). Wärmetauscher bestehen üblicherweise aus Metall, und zwar aufgrund der guten Wärmeleitfähigkeit des Metalls. Da diese Vorrichtungen der Luft Wärme entziehen, die um die Wärmetauscher zirkuliert, wird die Temperatur der Wärmetauscher abgesenkt. Die Temperatur kann abgesenkt werden, so dass die Luftfeuchtigkeit in der Luft, d.h. Wasser, auf den Oberflächen kondensiert. Das kondensierte Wasser vermindert die Effizienz des Wärmetauschers. Ferner entwickelt sich ein Kreislauf, bei dem sich die Temperatur des Wärmetauschers mehr und mehr absenkt. Letztendlich bildet sich eine Schicht oder ein Block Eis auf dem Wärmetauscher.
  • Um den effizienten Betrieb des Wärmeaustauschers wiederherzustellen, wird das Eis entfernt.
  • Luftbefeuchter, Klimaanlagen, Kühlschränke und Gefrierschränke weisen Probleme mit dem Vereisen bzw. Eisaufbau auf. Eis bildet sich in Gefrierschränken auf allen Metalloberflächen aus. Beispielsweise bildet sich Eis auf Metallregalen und Metallbehältern aus, und wenn der Gefrierschrank Spulen aufweist, dann bildet sich auf derartigen Spulen eine Eisschicht aus. Das Eis kann sich in Gefrierschränken aufbauen und den zur Verfügung stehenden, nutzbaren Platz vermindern und die Effizienz vermindern.
  • Das Vereisen (icing) auf Flugzeugsteuerflächen und Flugzeugauftriebsflächen stellt ein Problem dar. Der hierin verwendete Begriff Steuerflächen bezeichnet Flächen, die mit einer Kursänderung eines Flugzeugs im Zusammenhang stehen. Auftriebsflächen bezeichnen Flügel und dergleichen. Eis bildet sich auf den Steuerflächen und den Auftriebsflächen aufgrund von Temperatureffekten und aerodynamischen Effekten aus und haftet an diesen an. Die Vereisung bzw. Eisausbildung auf Flugzeugen ist für zahlreiche katastrophale Ereignisse verantwortlich gemacht worden.
  • Es ist wünschenswert, einfache Mittel zu haben, um die Probleme des Vereisens bzw. Eisaufbaus bei Instrumenten und Flugzeugen zu vermindern.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung betreffen Vorrichtungen und Verfahren zum Verhindern des Vereisens bzw. Eisaufbaus und Herstellungsgegenstände, die eisaufbauresistent sind. Die Vorrichtungen und Herstellungsgegenstände gemäß der vorliegenden Erfindung umfassen Wärmetauscher, Kühlschränke und Gefrierschränke und Flugzeugsteuerflächen und Flugzeugauftriebsflächen. Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst eine Vorrichtung zur Entnahme von Wärmeenergie aus der Luft. Die Vorrichtung weist eine Wärmeaustauschoberfläche zum Absorbieren von Wärmeenergie und eine Lage einer im Wesentlichen hydrophoben Beschichtung auf. Diese Lage ist an die Wärmeaustauschoberfläche angebracht oder auf dieser angebracht. Die Beschichtung weist eine geringere Oberflächenspannung als Wasser auf, um Wasser abzuweisen und die Ausbildung einer Wasserkondensation auf der Oberfläche zu verhindern. Der niedrige Kondensationsgrad verhindert das Vereisen bzw. den Eisaufbau.
  • Eine bevorzugte Beschichtung ist ein Fluorpolymer. Ein besonders bevorzugtes Fluorpolymer wird aus Monomeren von Polyfluorethylen und Polyfluorpropen gewonnen. Vorzugsweise weisen das Polyfluorethylen und das Polyfluorpropen 3 bis 6 Fluoratome auf. Ein besonders bevorzugtes Polyfluorpropen ist 1,1,2,3,3,3-Hexafluorpropen.
  • Vorzugsweise handelt es sich bei der Wärmeaustauschoberfläche um eine Kondensations-, Kühl- oder Gefrierspule oder einen Wärmetauscher, der mit einer Peltier-Vorrichtung im Zusammenhang steht.
  • Vorzugsweise ist die Wärmeaustauschoberfläche vertikal angeordnet. Tröpfchen, die sich auf der Beschichtung ausbilden, können schnell entlang der Seite der Oberfläche absinken und aufgrund des geringen Berührungswinkels bzw. Benetzungswinkels abtropfen.
  • Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verhindern des Vereisens bzw. Eisaufbaus auf Wärmeaustauschoberflächen von Peltier-Vorrichtungen und Kühl- und Gefrierkomponenten. Das Verfahren umfasst die Schritte des Anordnens einer Lage einer im Wesentlichen hydrophoben Beschichtung auf der Wärmeaustauschoberfläche. Die Beschichtung weist eine geringere Oberflächenspannung als Wasser auf, um Wasser abzuweisen und die Ausbildung eines Kondensats auf der Oberfläche der Wärmeaustauschoberfläche zu vermeiden.
  • Eine bevorzugte Beschichtung ist ein Fluorpolymer. Ein besonders bevorzugtes Fluorpolymer wird aus Monomeren von Polyfluorethylen und Polyfluorpropen gewonnen. Vorzugsweise weisen das Polyfluorethylen und das Polyfluorpropen 3 bis 6 Fluoratome auf. Ein besonders bevorzugtes Polyfluorpropen ist 1,1,2,3,3,3-Hexafluorpropen.
  • Die hierin verwendeten Begriffe Kühl- und Gefrierkomponenten umfassen industrielle und private Kühlschränke, Gefrierschränke, Lüftungsvorrichtungen und Klimaanlagen.
  • Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können dort angewendet werden, wo eine Komponente, ein Teil oder ein Element einer Apparatur einer Vereisung bzw. Eisausbildung ausgesetzt ist. Beispielsweise und nicht beschränkend betrifft eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Gefrierkomponente, die eisaufbauresistent ist. Die Gefrierkomponente umfasst eine Oberfläche mit einer Beschichtung, die eine geringere Oberflächenspannung als Wasser aufweist, um Wasser abzuweisen und die Ausbildung einer Wasserkondensation auf der Oberfläche zu vermeiden.
  • Üblicherweise sind Aluminium- und Stahlkomponenten, wie beispielsweise Schalen und Regale von Kühlschränken und dergleichen, besonders anfällig für eine Vereisung bzw. einen Eisaufbau.
  • Eine bevorzugte Beschichtung ist ein Fluorpolymer. Ein besonders bevorzugtes Fluorpolymer wird aus Monomeren von Polyfluorethylen und Polyfluorpropen gewonnen. Vorzugsweise weisen das Polyfluorethylen und das Polyfluorpropen 3 bis 6 Fluoratome auf. Ein besonders bevorzugtes Polyfluorpropen ist 1,1,2,3,3,3-Hexafluorpropen.
  • Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst eine Vorrichtung zum Regeln der Temperatur, wie beispielsweise eine Peltier-Wärmeaustauschvorrichtung. Die Vorrichtung umfasst eine Wärmesenke und eine oder mehrere Austauschrippen in thermischer Kommunikation mit der Wärmesenke. Die Austauschrippen weisen eine Beschichtung mit einer niedrigeren Oberflächenspannung als Wasser auf, um Wasser abzuweisen und die Ausbildung eines Kondensats auf der Oberfläche zu verhindern.
  • Vorzugsweise steht die Wärmesenke in thermischer Kommunikation mit einer Peltier-Wärmeaustauschvorrichtung. Ferner weisen vorzugsweise die eine oder die mehreren Rippen Oberflächen auf, die vertikal angeordnet sind.
  • Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft ein Flugzeug, das Auftriebs- und Steueroberflächen aufweist, die möglicherweise vereisen können. Das Flugzeug weist Steuer- und Auftriebsoberflächen auf, die eine Beschichtung mit einer niedrigeren Oberflächenspannung als Wasser aufweisen, um Wasser abzuweisen und die Ausbildung eines Kondensats auf der Oberfläche zu verhindern.
  • Der hierin verwendete Begriff Steueroberflächen umfasst Oberflächen, die sich bei einer Änderung der Richtung des Flugzeugs anpassen. Die Auftriebsoberflächen sind Oberflächen, die mit dem Auftrieb des Flugzeugs, wie beispielsweise Flügel und dergleichen, im Zusammenhang stehen.
  • Eine bevorzugte Beschichtung ist ein Fluorpolymer. Ein besonders bevorzugtes Fluorpolymer wird aus Monomeren von Polyfluorethylen und Polyfluorpropen gewonnen. Vorzugsweise weisen das Polyfluorethylen und das Polyfluorpropen 3 bis 6 Fluoratome auf. Ein besonders bevorzugtes Polyfluorpropen ist 1,1,2,3,3,3-Hexafluorpropen.
  • Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung betreffen ein Verfahren zum Betreiben eines Flugzeugs, um das Vereisen auf Steuer- und Auftriebsoberflächen zu reduzieren. Die Verfahren umfassen die Schritte des Aufbringens einer Beschichtung mit einer niedrigeren Oberflächenspannung als Wasser, um Wasser abzuweisen und die Ausbildung eines Kondensats auf der Oberfläche zu verhindern.
  • Eine bevorzugte Beschichtung ist ein Fluorpolymer. Ein besonders bevorzugtes Fluorpolymer wird aus Monomeren von Polyfluorethylen und Polyfluorpropen gewonnen. Vorzugsweise weisen das Polyfluorethylen und das Polyfluorpropen 3 bis 6 Fluoratome auf. Ein besonders bevorzugtes Polyfluorpropen ist 1,1,2,3,3,3-Hexafluorpropen.
  • Vorzugsweise wird die Beschichtung wie eine farbenartige Beschichtung aufgebracht. Eine derartige farbenartige Beschichtung weist vorzugsweise ein Indikatorpigment auf. Das Indikatorpigment zeigt an, welche Oberflächen mit der Zusammensetzung behandelt worden sind. Nach dem Trocknen zeigt das Indikatorpigment die Abnutzung und den Zustand der Beschichtung an.
  • Diese und weitere Merkmale und Vorteile ergeben sich dem Fachmann bei der Durchsicht der. Zeichnungen und beim Lesen der nachstehenden detaillierten Beschreibung der Erfindung.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 zeigt eine Vorrichtung, die Merkmale der vorliegenden Erfindung aufweist, und zwar in der Form einer Peltier-Wärmeaustauschvorrichtung.
  • 2 zeigt im Querschnitt eine Wärmeaustauschrippe, die Merkmale der vorliegenden Erfindung aufweist.
  • 3 zeigt ein Flugzeug, das Merkmale der vorliegenden Erfindung aufweist.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung betreffen Vorrichtungen und Verfahren zum Verhindern des Vereisens bzw. Eisaufbaus sowie Herstellungsgegenstände, die eisaufbauresistent sind. Der Fachmann wird erkennen, dass die vorliegende Erfindung überall dort bei Vorrichtungen angewendet werden kann, bei denen ein Vereisen bzw. ein Eisaufbau ein Problem darstellen kann. Beispielsweise, jedoch nicht beschränkend können Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung bei Wärmetauschern, Kühlgeräten und Gefriergeräten und Flugzeugsteueroberflächen und Flugzeugauftriebsoberflächen angewendet werden. Wärmetauscher werden in analytischen Vorrichtungen und auf dem medizinischen Gebiet verwendet.
  • Wie sich nun 1 entnehmen lässt, ist eine Vorrichtung zum Entnehmen von Wärmeenergie aus der Luft mit der Bezugsziffer 11 gekennzeichnet. Die Vorrichtung 11 umfasst die folgenden Hauptelemente: eine Wärmeaustauschanordnung 13, eine Lage bzw. Schicht 15, eine Wärmesenke 17 und eine Peltier-Vorrichtung 21. Die Peltier-Vorrichtung 21 verwendet einen elektrischen Strom, um der Wärmesenke 17 Energie zu entziehen. Die Wärmesenke steht in thermischer Kommunikation mit der Wärmeaustauschanordnung 13. Peltier-Vorrichtungen, Wärmesenken und Wärmeaustauschanordnungen sind wohlbekannt und werden von zahlreichen Firmen kommerziell vertrieben.
  • Der hierin verwendete Begriff "thermische Kommunikation" bedeutet, dass ein Austausch von Wärmeenergie stattfindet.
  • Im Zusammenhang dieser Beschreibung wird eine Peltier-Vorrichtung 21 dazu verwendet, ein Objekt (nicht dargestellt) zu erwärmen. Somit wird Wärme der Wärmesenke 17 und der Wärmeaustauschanordnung 13 entzogen. Wenn die Wärmeenergie der Wärmeaustauschanordnung 13 entzogen wird, dann sinkt die Temperatur der Wärmeaustauschanordnung 13.
  • Die Wärmeaustauschanordnung 13 weist Rippen 23 auf, die eine Wärmeaustauschoberfläche 25 bereitstellen. Die eine Rippe oder die mehreren Rippen 23 absorbieren Wärmeenergie aus der Luft, die die Wärmeaustauschoberfläche 25 umgibt. Luft, die die Wärmeaustauschoberfläche 25 umgibt, erfährt ein Absenken der Temperatur. Wasserdampf neigt dazu, an der Wärmeaustauschoberfläche 25 zu kondensieren, wodurch Tröpfchen ausgebildet werden, und dann, wenn die Temperatur der Luft und der Wärmeaustauschoberfläche niedrig genug ist, Eis. Das Wasser und das Eis stellen schlechte Wärmesenken dar. Somit wird die Peltier-Vorrichtung 21 mit Energie versorgt, um mehr Wärme aus der Wärmesenke 17 und der Wärmeaustauschanordnung 13 zu extrahieren. Die Temperatur der Wärmeaustauschoberfläche 25 wird weiter abgesenkt und zusätzliches Eis wird ausgebildet.
  • Wie sich dies nun 2 entnehmen lässt, weisen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eine Wärmeaustauschoberfläche 25 und eine Lage bzw. Schicht 15 einer im Wesentlichen hydrophoben Beschichtung auf. Die Lage 15 ist als eine Farbe an die Wärmeaustauschoberfläche 25 angebracht oder auf diese aufgebracht. Die Lage 15 weist eine niedrigere Oberflächenspannung als Wasser auf, um Wasser abzuweisen und die Ausbildung eines Wasserkondensats auf der Wärmeaustauschoberfläche 25 zu vermeiden, und zwar genauer an der Berührungsfläche 31 der Lage 15 mit der Luft. Der niedrige Kondensationsgrad verhindert den Aufbau von Eis.
  • Vorzugsweise weist die Lage 15 eine Berührungsfläche 31 mit einer Oberflächenenergie unterhalb der Oberflächenspannung von Wasser auf, d.h. 75,05 dynes/cm bei 20°C. Vorzugsweise weist die Verbindungsstelle 31 einen Berührungswinkel bzw. Benetzungswinkel mit Wasser von weniger als 90° auf.
  • Eine bevorzugte Beschichtung ist ein Fluorpolymer. Ein besonders bevorzugtes Fluorpolymer wird aus Monomeren von Polyfluorethylen und Polyfluorpropen gewonnen. Polyfluorethylen- und Polyfluorpropenverbindungen werden von mehreren Firmen vertrieben. Eine bekannte Polyfluorethylenverbindung wird unter dem Handelsnamen TEFLON (Dupon, Delaware, USA) vertrieben. Vorzugsweise weisen das Polyfluorethylen und das Polyfluorpropen 3 bis 6 Fluoratome auf. Ein besonders bevorzugtes Polyfluorpropen ist 1,1,2,3,3,3-Hexafluorpropen.
  • Das bevorzugte Polyfluorpropen, 1,1,2,3,3,3-Hexafluorpropen, ist eine 0,1–5%ige Lösung in einem Fluorkohlenstofflösungsmittel. Eine 0,2%ige Lösung wird unter dem Handelsnamen NYE BAR-TYPE Q (Nye Lubricants, Inc., Fairhaven, Massachusetts, USA) vertrieben. Die Lösung wird auf die Wärmeaustauschoberfläche 25 aufgebracht, indem die Wärmeaustauschoberfläche in die 1,1,2,3,3,3-Hexafluorpropenlösung eingetaucht wird, die Lösung auf die Wärmeaustauschoberfläche 25 aufgebürstet wird oder die Lösung auf die Wärmeaustauschoberfläche 25 aufgesprüht wird. Das Trägerlösungsmittel verdampft in ungefähr 5 Minuten. Die Wärmeaustauschoberfläche 25 wird vorzugsweise über eine Zeitdauer von ungefähr 15 Minuten bei 100°C erwärmt, um eine haltbarere reibungsresistente Lage bzw. Schicht 15 auszubilden. Lagen 15 aus 1,1,2,3,3,3-Hexafluorpropen sind farblos.
  • Vorzugsweise ist die Wärmeaustauschoberfläche 25 vertikal angeordnet. Tröpfchen, die sich auf der Beschichtung ausbilden, können rasch entlang der Seite der Oberfläche absinken und aufgrund des niedrigen Berührungswinkels bzw. Benetzungswinkels abtropfen. Die Tröpfchen werden nicht an der Wärmeaustauschoberfläche 25 anhaften und Eis ausbilden. Die Effizienz der Wärmeaustauschoberfläche 25 verbleibt im Wesentlichen unverändert, und zwar sogar unter feuchten Bedingungen, die eine Ausbildung von Eis begünstigen.
  • Die Wärmeaustauschoberfläche 25 ist hinsichtlich einer Peltier-Vorrichtung 21 beschrieben worden, wie diese in 1 dargestellt ist. Der Fachmann wird jedoch ohne weiteres erkennen, dass die Peltier-Vorrichtung 21 und die Wärmesenke 17 und die Wärmeaustauschanordnung 15 eine Kondensations-, Kühl- oder Gefrierspule oder andere Wärmeaustauschvorrichtungen (nicht dargestellt) umfassen können. Kondensations-, Kühl- und Gefrierspulen und -komponenten umfassen Spulen und Komponenten von industriellen und privaten Kühlschränken, Gefriertruhen, Lüftungsvorrichtungen und Klimaanlagen.
  • Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können dort angewendet werden, wo eine Komponente, ein Teil oder ein Element einer Apparatur einem Vereisen ausgesetzt ist, und zwar deshalb, weil das Element der Apparatur als eine Wärmeaustauschoberfläche 25 dient. Wie sich nun 2 entnehmen lässt, wirken beispielsweise, jedoch nicht beschränkend Regale, Schalen, Fachtrenneinrichtungen und Wände als Wärmeaustauschoberflächen 25. Derartige Regale, Fachtrenneinrichtungen und Wände bestehen oftmals aus Metall, beispielsweise Aluminium. Während des Betriebs des Gefrierschranks werden die Regale, Fachtrenneinrichtungen und Wände bei Gefriertemperaturen beibehalten. Sobald diese mit Umgebungsluft, die einen höheren Dampfdruck aufweist, in Berührung gebracht werden, absorbieren diese Oberflächen thermische Energie aus dieser Luft und Wasser kondensiert, wodurch eine Eisschicht ausgebildet wird.
  • Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft eine Gefrierschrankkomponente, die gegenüber einem Vereisen resistent ist. Die Gefrierschrankkomponente weist eine Oberfläche 25 mit einer Lage bzw. Schicht 15 auf, die eine niedrigere Oberflächenspannung als Wasser aufweist, um Wasser abzuweisen und die Ausbildung von Wasserkondensation auf der Oberfläche zu vermeiden.
  • Die Verwendung der Erfindung wird hinsichtlich eines Verfahrens zum Vermeiden des Vereisens von Wärmeaustauschoberflächen auf Peltier-Vorrichtungen, Kondensations-, Kühl- und Gefrierkomponenten beschrieben. Das Verfahren umfasst die Schritte des Anordnens einer Lage bzw. Schicht 15 einer im Wesentlichen hydrophoben Beschichtung auf der Wärmeaustauschoberfläche 25. Die Lage weist eine geringere Oberflächenspannung als Wasser auf, um Wasser abzuweisen und die Ausbildung eines Kondensats an der Berührungsstelle 31 der Lage 15 und der Luft zu verhindern.
  • Eine bevorzugte Lage 15 ist ein Fluorpolymer. Ein besonders bevorzugtes Fluorpolymer wird aus Monomeren von Polyfluorethylen und Polyfluorpropen gewonnen. Vorzugsweise weisen das Polyfluorethylen und das Polyfluorpropen 3 bis 6 Fluoratome auf. Ein besonders bevorzugtes Polyfluorpropen ist 1,1,2,3,3,3-Hexafluorpropen.
  • Wie sich nun 3 entnehmen lässt, betrifft eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Verhinderung eines Eisaufbaus auf Auftriebs- und Steueroberflächen eines Flugzeugs. Ein Flugzeug 31 ist mit Auftriebsoberflächen 33 und Steueroberflächen 35 dargestellt. Die Auftriebsoberflächen 33 und die Steueroberflächen 35 können möglicherweise vereisen. Der Eisaufbau auf Flugzeugauftriebsoberflächen 33 und Steueroberflächen 35 ist als ein möglicher Grund für katastrophale Flugzeugunglücke identifiziert worden. Eis baut sich auf und erhöht das Gewicht des Flugzeugs 31. Die Konturen (nicht dargestellt) der Auftriebsoberflächen 33 werden geändert und stellen weniger Auftrieb bereit.
  • Die Steueroberflächen 35, die sich in Reaktion auf die Anweisungen des Operators bewegen, können versagen.
  • Wie dargestellt, weist das Flugzeug Steueroberflächen 35 und Auftriebsoberflächen 33 auf, die eine Lage 15' mit einer niedrigeren Oberflächenspannung als Wasser aufweisen, um Wasser abzuweisen und die Ausbildung eines Kondensats auf den Steueroberflächen 35 und den Auftriebsoberflächen 33 zu verhindern.
  • Der hierin verwendete Begriff Steueroberflächen umfasst Oberflächen 35, die sich an eine Änderung der Richtung des Flugzeugs anpassen. Die Auftriebsoberflächen sind Oberflächen, die mit dem Auftrieb des Flugzeugs im Zusammenhang stehen, wie beispielsweise Flügel 33 und dergleichen.
  • Ein besonders bevorzugtes Polyfluorpropen ist 1,1,2,3,3,3-Hexafluorpropen. Dieses bevorzugte Polyfluorpropen kann gebürstet, gesprüht oder anderweitig auf die Steueroberflächen 35 und/oder die Auftriebsoberflächen 33 aufgebracht werden. Eine bevorzugte Lage weist ein Indikatorpigment auf, das auf die Abnutzung der Lage hinweist.
  • Die Verwendung der vorliegenden Erfindung wird hinsichtlich eines Verfahrens zum Betreiben eines Flugzeugs 31 beschrieben, um das Vereisen von Steueroberflächen 35 und Auftriebsoberflächen 33 zu vermindern. Das Verfahren umfasst die Schritte des Aufbringens einer Beschichtung mit einer niedrigeren Oberflächenspannung als Wasser, um Wasser abzuweisen und die Ausbildung eines Kondensats auf Steueroberflächen 35 und/oder Auftriebsoberflächen 33 zu verhindern.
  • Vorzugsweise wird die Beschichtung als eine farbenartige Beschichtung aufgebracht. Eine derartige farbenartige Beschichtung weist vorzugsweise ein Indikatorpigment auf. Das Indikatorpigment zeigt an, welche Oberflächen mit der Zusammensetzung behandelt worden sind. Nach dem Trocknen zeigt das Indikatorpigment die Abnutzung und den Zustand der Beschichtung an.
  • Somit sind Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung hinsichtlich der bevorzugten Vorrichtungen, Apparaturen und Verfahren beschrieben worden, die in den Zeichnungen dargestellt sind und hier beschrieben worden sind, und zwar mit dem Verständnis, dass die vorliegende Erfindung modifiziert und ver ändert werden kann, ohne von deren Lehre abzuweichen. Daher sollte die vorliegende Erfindung nicht auf die hierin beschriebenen genauen Details beschränkt werden, sondern vielmehr den Gegenstand der nachstehenden Ansprüche und deren Äquivalente umfassen.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung betreffen Wärmeaustauschoberflächen, die eine Lage oder eine Beschichtung mit einer niedrigeren Oberflächenspannung als Wasser aufweisen, um Wasser abzuweisen und die Ausbildung eines Kondensats auf der Oberfläche zu verhindern.

Claims (38)

  1. Vorrichtung zur Entnahme von Wärmeenergie aus Luft, umfassend: a. eine Wärmeaustauschoberfläche für die Absorption von Wärmeenergie, wobei die Wärmeaustauschoberfläche; und b. eine Lage einer im Wesentlichen hydrophoben Beschichtung auf der Oberfläche, wobei die Beschichtung eine geringere Oberflächenspannung als Wasser aufweist, um Wasser abzuweisen und die Ausbildung einer Wasserkondensation auf der Oberfläche zu vermeiden.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Beschichtung ein Fluorpolymer ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei das Fluorpolymer aus Monomeren von Polyfluorethylen und Polyfluorpropen gewonnen wird.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei das Polyfluorethylen und das Polyfluorpropen 3 bis 6 Fluoratome aufweisen.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei das Polyfluropropen 1,1,2,3,3,3-Hexafluorpropen ist.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Wärmeaustauschoberfläche eine Kondensations-, Kühl- oder Gefrierspule ist.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Oberfläche vertikal angeordnet ist.
  8. Verfahren zum Verhindern des Vereisens von Gefrierkomponenten, das den Schritt des Anordnens einer Lage einer im Wesentlichen hydrophoben Beschichtung umfasst, wobei die Beschichtung eine niedrigere Oberflächenspan nung als Wasser aufweist, um Wasser abzuweisen und die Ausbildung eines Kondensats auf einer Oberfläche der Gefrierkomponente zu vermeiden.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei es sich bei der Beschichtung um ein Fluorpolymer handelt.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Fluorpolymer aus Monomeren von Polyfluorethylen und Polyfluorpropen gewonnen wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Polyfluorethylen und das Polyfluorpropen 3 bis 6 Fluoratome aufweisen.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Polyfluropropen 1,1,2,3,3,3-Hexafluorpropen ist.
  13. Gefrierkomponente, die hinsichtlich eines Vereisens resistent ist, umfassend ein Gehäuse mit einer Beschichtung, die eine niedrigere Oberflächenspannung als Wasser aufweist, um Wasser abzuweisen und die Ausbildung einer Wasserkondensation auf der Oberfläche zu vermeiden.
  14. Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei die Beschichtung ein Fluorpolymer ist.
  15. Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei das Fluorpolymer aus Monomeren von Polyfluorethylen und Polyfluorpropen erhalten wird.
  16. Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei das Polyfluorethylen und das Polyfluorpropen 3 bis 6 Fluoratome aufweisen.
  17. Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei das Polyfluropropen 1,1,2,3,3,3-Hexafluorpropen ist.
  18. Vorrichtung zum Regeln der Temperatur einer Apparatur, umfassend: a. eine Peltier-Wärmeaustauschvorrichtung, b. eine Wärmesenke in thermischer Kommunikation mit der Peltier-Wärmeaustauschvorrichtung; c. eine oder mehrere Austauschrippen in thermischer Kommunikation mit der Wärmesenke, die eine Beschichtung mit einer niedrigeren Oberflächenspannung als Wasser aufweist, um Wasser abzuweisen und die Ausbildung eines Kondensats auf der Oberfläche zu verhindern.
  19. Vorrichtung nach Anspruch 18, wobei die Beschichtung ein Fluorpolymer ist.
  20. Vorrichtung nach Anspruch 19, wobei das Fluorpolymer aus Monomeren von Polyfluorethylen und Polyfluorpropen gewonnen wird.
  21. Vorrichtung nach Anspruch 20, wobei das Polyfluorethylen und das Polyfluorpropen 3 bis 6 Fluoratome aufweisen.
  22. Vorrichtung nach Anspruch 21, wobei das Polyfluropropen 1,1,2,3,3,3-Hexafluorpropen ist.
  23. Vorrichtung nach Anspruch 18, wobei die eine Rippe oder die mehreren Rippen Oberflächen aufweisen, die vertikal angeordnet sind.
  24. Flugzeug mit Steuer- und Auftriebsoberflächen, die eine Beschichtung mit einer niedrigeren Oberflächenspannung als Wasser aufweisen, um Wasser abzuweisen und die Ausbildung eines Kondensats auf der Oberfläche zu verhindern.
  25. Flugzeug nach Anspruch 24, wobei die Beschichtung ein Fluorpolymer ist.
  26. Flugzeug nach Anspruch 25, wobei das Fluorpolymer aus Monomeren von Polyfluorethylen und Polyfluorpropen gewonnen wird.
  27. Flugzeug nach Anspruch 26, wobei das Polyfluorethylen und das Polyfluorpropen 3 bis 6 Fluoratome aufweisen.
  28. Flugzeug nach Anspruch 27, wobei das Polyfluropropen 1,1,2,3,3,3-Hexafluorpropen ist.
  29. Verfahren zum Betreiben eines Flugzeugs, um das Vereisen von Steuer- und Auftriebsoberflächen zu reduzieren, umfassend die Schritte des Aufbringens einer Beschichtung mit einer niedrigeren Oberflächenspannung als Wasser, um Wasser abzuweisen und die Ausbildung von Kondensat auf der Oberfläche zu vermeiden.
  30. Verfahren nach Anspruch 29, wobei die Beschichtung ein Fluorpolymer ist.
  31. Verfahren nach Anspruch 30, wobei das Fluorpolymer aus Monomeren von Polyfluorethylen und Polyfluorpropen gewonnen wird.
  32. Verfahren nach Anspruch 31, wobei das Polyfluorethylen und das Polyfluorpropen 3 bis 6 Fluoratome aufweisen.
  33. Verfahren nach Anspruch 32, wobei das Polyfluorpropen 1,1,2,3,3,3-Hexafluorpropen ist.
  34. Farbenartige Beschichtung, umfassend: eine Lösung einer Zusammensetzung mit einer niedrigeren Oberflächenspannung als Wasser, um Wasser abzuweisen und die Ausbildung eines Kondensats auf der Oberfläche zu verhindern; und ein Indikatorpigment, wobei das Pigment anzeigt, welche Oberfläche mit der Zusammensetzung behandelt worden ist und nach dem Trocknen das Indikatorpigment die Abnutzung und den Zustand der Zusammensetzung anzeigt.
  35. Beschichtung nach Anspruch 34, wobei die Beschichtung ein Fluorpolymer ist.
  36. Beschichtung nach Anspruch 35, wobei das Fluorpolymer aus Monomeren von Polyfluorethylen und Polyfluorpropen gewonnen wird.
  37. Beschichtung nach Anspruch 36, wobei das Polyfluorethylen und das Polyfluorpropen 3 bis 6 Fluoratome aufweisen.
  38. Beschichtung nach Anspruch 37, wobei das Polyfluorpropen 1,1,2,3,3,3-Hexafluorpropen ist.
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