DE102006030830A1

DE102006030830A1 - Klimagerät, insbesondere zum Kühlen eines Innenraums

Info

Publication number: DE102006030830A1
Application number: DE102006030830A
Authority: DE
Inventors: Martin Hess
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-06-30
Filing date: 2006-06-30
Publication date: 2008-01-03

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Klimagerät, insbesondere zum Kühlen eines Innenraums. Erfindungsgemäß ist im Strömungsbereich eines Luftstroms, insbesondere eines Kühlluftstroms, wenigstens ein ein PCM (Phase Change Material) aufweisender Latentwärmespeicher (7) angeordnet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Klimagerät, insbesondere zum Kühlen eines Innenraums, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Klimageräte in ihrer Funktion als stationär und fest eingebaute Klimaanlagen in Gebäuden, Hallen etc. oder aber auch als mobile Klimageräte sind allgemein bekannt. Mit diesen Klimageräten kann ein Innenraum eines Gebäudes z. B. bei heißen Außentemperaturen auf ein gewünschtes Raumklima gekühlt werden. Derartige Klimageräte sind regelmäßig auch mit einer Heizfunktion sowie gegebenenfalls auch mit einer Entfeuchterfunktion ausgestattet.
Daneben sind Latentwärmespeicher aus sogenannten Phase change materials (PCM), d. h. phasenwechselnden Materialien allgemein bekannt. Wird einem festen PCM Wärme zugeführt, ändert dieses bei Erreichen seiner Schmelztemperatur seinen Aggregatzustand von fest nach flüssig und absorbiert während dieses Phasenwechsels eine bestimmte Wärmemenge als sogenannte Schmelzwärme. Trotz Wärmezufuhr ändert sich hierbei die Temperatur des PCM's nicht, so dass die Wärme als latente (versteckte) Wärme zwischengespeichert wird. Bei einem Wärmeentzug durchläuft das PCM einen umgekehrten Phasenwechsel von flüssig auf fest und die gespeicherte Latentwärme wird wieder bei konstanter Temperatur abgegeben. PCM-Speichermaterialien stehen insbesondere als Latentwärmeparafine oder als Salzhydrate mit unterschiedlichen Schmelzpunkten als z. B. Granulate zur Verfügung. Vorteilhaft können mit solchen Latentwärmespeichern in wenig Material hohe Wärmemengen ohne damit verbundene Temperaturerhöhungen abgespeichert werden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Klimagerät, insbesondere zum Kühlen eines Innenraums, zur Verfügung zu stellen, mit dem eine Kühlung eines Innenraums auf effiziente und energiesparende Art und Weise möglich ist.
Diese Aufgabe wird gelöst mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Gemäß Anspruch 1 ist im Strömungsbereich eines Luftstroms eines Klimagerätes wenigstens ein ein PCM aufweisender Latentwärmespeicher angeordnet.
Mit einem derartigen Klimagerät kann eine besonders vorteilhafte, effektive und energiesparende Betriebsweise einer Klimaanlage bzw. eines Klimagerätes erzielt werden, da ein von dem Klimagerät erzeugter Kühlluftstrom, der eine Temperatur unter der Schmelztemperatur des PCM aufweist, bewirkt, dass das PCM im festen Zustand verbleibt, so dass der Kühlluftstrom unbeeinflusst in einen Innenraum entweicht. Für den Fall jedoch, dass das Klimagerät, z. B. aus Energieeinsparungsgründen ausgeschaltet wird und zugleich die Raumlufttemperatur auf einen Wert ansteigt, der über der Schmelztemperatur des PCM liegt, wechselt das PCM seinen Aggregatzustand von fest zu flüssig, wobei das PCM thermische Energie (Schmelzenergie) aus der Raumluft aufnimmt und dieser somit Wärme entzieht. Damit kann – in Abhängigkeit von der PCM-Menge und PCM-Anordnung – sichergestellt werden, dass sich der Innenraum auch bei abgeschaltetem Klimagerät nicht weiter bzw. nicht wesentlich erwärmt, d. h. dass der Innenraum passiv klimatisiert wird und die Temperatur auf einem vorgegebenen Wert stabilisiert werden kann. Je nach den vorgegebenen Parametern und Kühlbedingungen kann die Schmelztemperatur des PCM in der Regel zwischen 22 bis 28°C gewählt werden, wobei die be vorzugte Schmelztemperatur zur Kühlung von Innenräumen z. B. in Wohngebäuden bei 24°C liegt.
In einer bevorzugten konkreten Ausgestaltung ist der Latentwärmespeicher durch einen ein PCM aufnehmenden Beutel aus einem sehr gute Wärmeleiteigenschaften aufweisenden Material, z. B. aus Leichtmetall, wie z. B. Aluminium, gebildet. Dadurch wird eine insgesamt einfache und preiswerte sowie auch funktionssichere Aufbewahrungsmöglichkeit von PCM, das z. B. aus Salzhydraten oder Parafinen gebildet ist, zur Verfügung gestellt.
Der Latentwärmespeicher ist gemäß einer weiteren bevorzugten konkreten Ausgestaltung durch eine Mehrzahl von voneinander beabstandeten Beuteln gebildet, die ein sogenanntes PCM-Register ausbilden. Je nach konkreten Anström- und Umströmungsbedingungen können die einzelnen Beutel hierbei unterschiedlich angeordnet werden. Bevorzugt ist hierbei eine solche Anordnung, bei der die einzelnen Beutel allesamt quer zum Kühlluftstrom liegen. Je nach Einsatzfall kann es aber gegebenenfalls auch erforderlich sein, die Beutel beabstandet voneinander in Strömungsrichtung hintereinanderliegend anzuordnen.
Grundsätzlich gibt es verschiedene Möglichkeiten, den Latentwärmespeicher in Verbindung mit einem Klimagerät anzuordnen. Hervorragende Ergebnisse in Verbindung mit der gewünschten passiven Klimatisierung ergeben sich dann, wenn der wenigstens eine Latentwärmespeicher im Bereich einer Luftauslassöffnung des Klimagerätes angeordnet ist. Konkret kann dabei der wenigstens eine Latentwärmespeicher innerhalb eines in der Luftauslassöffnung mündenden Ausströmkanals oder außerhalb dieses Ausströmkanals, d. h. vor der Luftauslassöffnung des Klimagerätes und damit im wesentlichen im Bereich des zu klimatisierenden Innenraums angeordnet sein.
Um die bei abgeschaltetem Klimagerät mittels dem PCM erzeugte Kühlluft schnell und vorteilhaft im Raum verteilen zu können, ist nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dem wenigstens einen Latentwärmespeicher eine Gebläse- und/oder Ventilatoreinrichtung so zuzuordnen, dass bei abgeschalteter Klimafunktion des Klimagerätes mittels der Gebläse- und/oder Ventilatoreinrichtung eine gewünschte Luftverteilung durchgeführt werden kann. Grundsätzlich ist jedoch auch eine Luftverteilung ohne eine derartige Gebläse- und/oder Ventilatoreinrichtung möglich, und zwar aufgrund der natürlichen Konvektion, gemäß der die kalte Luft nach unten fällt, während die warme Luft nach oben aufsteigt.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der wenigstens eine Latentwärmespeicher in einer vor der Luftauslassöffnung angeordneten Halteeinrichtung gehaltert. Diese Halteeinrichtung weist wenigstens eine Lufteinlassöffnung und wenigstens eine Luftauslassöffnung auf, zwischen denen im Strömungsbereich des Luftstroms der wenigstens eine Latentwärmespeicher angeordnet sein kann. Vorteilhaft ist die Halteeinrichtung hierbei z. B. in einer einfachen Ausgestaltung durch einen auf gegenüberliegenden Seiten offenen Halterahmen gebildet, an dem z. B. das Latentwärmespeicher-Register gehaltert ist. Der Halterahmen kann z. B. aus einem Kunststoffmaterial, insbesondere auch aus einem faserverstärkten Kunststoffmaterial ausgebildet sein. Gemäß einer hierzu alternativen Ausgestaltung kann die Halteeinrichtung aber auch durch eine einseitig offene Haltebox ausgebildet sein, die wenigstens einen gegebenenfalls in der Öffnungsweite verstellbaren Luftauslassschlitz aufweist und in der der wenigstens eine Latentwärmespeicher aufgenommen und gehaltert ist. Eine derartige Halteeinrichtung kann ebenfalls wiederum aus einem Kunststoffmaterial, z. B. einem faserverstärkten Kunststoffmaterial ausgebildet sein. Der Vorteil einer derartigen lediglich einseitig offenen Haltebox liegt darin, dass z. B. ein Latentwärmespeicher-Register im montierten Zustand der Halteeinrichtung nicht von außen frei zugänglich ist und damit auch eine Manipulation nicht möglich ist.
Bevorzugt ist die Halteeinrichtung als separates Bauteil ausgebildet, das z. B. im Sinne eines Nachrüstsatzes an bestehende Ausströmöffnungen von Klimageräten bzw. Klimaanlagen angebaut werden kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das Klimagerät aber auch als Anbauteil und/oder Ergänzungsteil für ein Möbelstück, insbesondere für ein Büromöbelstück ausgebildet sein. So kann das Klimagerät z. B. als montierbares Anbauteil an einem Schreibtisch, einem Wandschrank oder einem Wandregal etc. ausgebildet sein. Besonders bevorzugt ist auch eine Ausbildung des Klimagerätes, bei der das Klimagerät selbst integraler Bestandteil eines Möbelstückes ist, d. h. z. B. Bestandteil eines Tisches, eines Regals oder eines Schrankes ist. Unter die Begriffe Schrank bzw. Regal sollen dabei sämtliche Möbelstücke fallen, die Stauräume zur Verfügung stellen, so z. B. auch Karteischränke, Rollcontainer, Desktop-Boxen, Schubladenschränke, Drehschränke etc. Darüber hinaus ist auch eine Anwendung nicht nur auf Büromöbelstücke beschränkt. So können derartige als in Möbelstücke integrierte Klimageräte auch in Wohnmöbel bzw. Badmöbel oder dergleichen integriert werden.
Für eine einfache Montage und auch Reparatur- bzw. Austauschmöglichkeit ist ferner vorgesehen, dass der wenigstens eine Latentwärmespeicher lösbar und austauschbar in der Halteeinrichtung gehaltert ist.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen:
1 schematisch eine herkömmliche Ausströmöffnung einer stationären Klimaanlage,
2 schematisch eine vor der Ausströmöffnung montierte Halteeinrichtung, die hier beispielhaft als Haltebox ausgebildet ist, und
3 schematisch eine Innenansicht der Haltebox nach 2 mit darin angeordneten PCM-Register.
In 1 ist schematisch eine herkömmliche Luftauslassöffnung 1 eines Ausströmkanals eines stationären oder mobilen Klimagerätes gezeigt, die mittels eines hier ebenfalls lediglich schematisch dargestellten Lamellen-Lüftungsgitters 2 verschlossen ist.
Wie dies der 2 entnommen werden kann, ist vor diese Luftauslassöffnung beispielsweise eine einseitig offene Haltebox 3 montierbar, die die Luftauslassöffnung 1 wenigstens bereichsweise, bevorzugt jedoch, wie hier dargestellt, vollständig überdeckt.
Die Haltebox, die im Detail in der 3 dargestellt ist, weist auf ihrer dem Lamellen-Lüftungsgitter 2 der Luftauslassöffnung 1 zugewandten Seite eine Lufteinlassöffnung auf, durch die die aus dem Lamellen-Lüftungsgitter 2 austretende Kühlluft in die Haltebox 3 gelangt, wo sie über die hier ebenfalls beispielhaft als Lamellen-Lüftungsgitter 4 ausgebildeten Lüftungsschlitze in einen Gebäudeinnenraum 5 entweichen kann.
Die Haltebox 3 ist über daran ausgebildete Befestigungsflansche im die Luftauslassöffnung 1 umgebenden Randbereich z. B. mittels einer Schraubverbindung oder dergleichen befestigbar. Auch eine Rast- und/oder Klebeverbindung ist ebenso wie eine Einhakverbindung möglich.
Im Inneren der Haltebox 3 ist, wie dies insbesondere der 3 entnommen werden kann, ein Register von voneinander gleichmäßig beabstandeten PCM-Beuteln 7 gehaltert. Diese PCM-Beutel 7 bestehen beispielsweise aus einer Aluminiumfolie, in deren Innerem z. B. ein granulatförmiges Salzhydrat als PCM aufgenommen ist, das beispielsweise bei Raumlufttemperaturen von ca. 24°C beginnt seinen Aggregatzustand von fest zu flüssig zu wechseln.
Die PCM-Beutel 7 sind über hier nur lediglich schematisch dargestellte Haltevorrichtungen 8 bevorzugt lösbar und austauschbar in der Haltebox 3 aufgenommen.
Anstelle einer derartigen Haltebox 3 kann die Halteeinrichtung aber auch lediglich aus einem rechteckförmigen, umlaufenden Rahmen gebildet sein, indem dann die PCM-Beutel 7 als Register gehaltert sind.
Im Betrieb der Klimaanlage strömt Kühlluft über das Lamellen-Lüftungsgitter 3 in die Haltebox 3 und umströmt dort die PCM-Beutel 7. Da die Kühlluft zur Innenraumklimatisierung regelmäßig eine Temperatur von unter 24°C aufweist, das PCM jedoch bei Raumlufttemperaturen von über 24°C erst beginnt, seinen Aggregatzustand von fest zu flüssig zu wechseln, bleibt das PCM daher im festen, kristallinen Zustand, so dass die Kühlluft über das Lamellen-Lüftungsgitter 4 mit der vorgesehenen Kühllufttemperatur in den Gebäudeinnenraum 5 entweicht. Für den Fall allerdings, dass die Klimaanlage ausgeschaltet wird und sich bei z. B. höheren Außenlufttemperaturen im Gebäudeinnenraum 5 eine Temperatur von höher als 24°C einstellt, beginnt das PCM in den PCM-Beuteln 7 seinen Aggregatzustand von fest auf flüssig zu wechseln. Dieser Phasenwechsel benötigt enorme Mengen an thermischer Energie die aus der Raumluft aufgenommen wird und dann bei gleichbleibender Temperatur des Speichermaterials im PCM gespeichert wird. Dadurch wird sichergestellt, dass sich der Gebäudeinnenraum 5 nicht weiter erwärmen kann, d. h. der Gebäudeinnenraum 5 wird passiv klimatisiert und die Temperatur kann sich auf einen vorgegebenen Wert stabilisieren. Für den Fall, dass ausgehend von diesem Zustand, die Klimaanlage wieder in Betrieb genommen wird, umströmt dann Kühlluft wieder die PCM-Beutel 7, so dass das PCM seinen Aggregatzustand schließlich wiederum von flüssig nach fest zurückwechselt, wodurch die im PCM gespeicherte Wärme wieder an die Umgebung abgegeben wird. Diese durch die abgegebene Wärme bedingte Temperaturerhöhung kann jedoch durch den in den Gebäudeinnenraum 5 einströmenden Kühlluftstrom ausgeglichen und reguliert werden.
Die Haltebox ist vorzugsweise ein separates Bauteil, das nachträglich an bereits bestehende Luftauslassöffnungen bzw. darüber montiert werden kann, und zwar sowohl in Verbindung mit stationären Klimaanlagen als auch mit mobilen Klimageräten.
Weiter besteht die Möglichkeit, in die Haltebox bzw. gegebenenfalls auch in einen Ausströmkanal einer Klimaanlage eine Ventilator- und/oder Gebläseeinrichtung zu integrieren, bevorzugt jedoch in die Haltebox 3, die unabhängig von der Klimafunktion der Klimaanlage betätigbar ist und mit der die durch die Wärmeaufnahme des PCM im Bereich der PCM-Beutel 7 erzeugte Kühlluft im Gebäudeinnenraum 5 durch Zwangskonvektion in der gewünschten Weise verteilt werden kann.

Claims

Klimagerät, insbesondere zum Kühlen eines Innenraums, dadurch gekennzeichnet, dass im Strömungsbereich eines Luftstroms, insbesondere eines Kühlluftstroms, wenigstens ein ein PCM (Phase Change Material) aufweisender Latentwärmespeicher (7) angeordnet ist.
Klimagerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Latentwärmespeicher durch einen ein PCM aufnehmenden Beutel (7) gebildet ist.
Klimagerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Latentwärmespeicher durch eine Mehrzahl von voneinander beabstandeten Beuteln (7) gebildet ist, die ein PCM-Register ausbilden.
Klimagerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Latentwärmespeicher (7) im Bereich einer Luftauslassöffnung (1) des Klimagerätes angeordnet ist.
Klimagerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Latentwärmespeicher (7) mit Bezug auf die Luftauslassöffnung (1) innerhalb eines in der Luftauslassöffnung (1) mündenden Ausströmkanals oder außerhalb davon vor der Luftauslassöffnung (1) des Klimagerätes angeordnet ist.
Klimagerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass dem wenigstens einen Latentwärmespeicher (7) eine Ge bläse- und/oder Ventilatoreinrichtung so zugeordnet ist, dass bei abgeschalteter Klimafunktion des Klimagerätes mittels der Gebläse- und/oder Ventilatoreinrichtung eine Luftverteilung durchführbar ist.
Klimagerät nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Latentwärmespeicher (7) in einer vor der Luftauslassöffnung (1) angeordneten Halteeinrichtung (3) gehaltert ist, die die Luftauslassöffnung (1) wenigstens bereichsweise überdeckt.
Klimagerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteeinrichtung (3) wenigstens eine Lufteinströmöffnung und wenigstens eine Luftausströmöffnung aufweist, zwischen denen im Strömungsbereich des Luftstroms der wenigstens eine Latentwärmespeicher (7) angeordnet ist.
Klimagerät nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteeinrichtung durch einen auf gegenüberliegenden Seiten offenen Halterahmen gebildet ist, an dem der wenigstens eine Latentwärmespeicher gehaltert ist.
Klimagerät nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteeinrichtung durch eine einseitig offene Haltebox (3) gebildet ist, die wenigstens einen gegebenenfalls in der Öffnungsweite verstellbaren Luftauslassschlitz (4) aufweist und in der der wenigstens eine Latentwärmespeicher (7) aufgenommen und gehaltert ist.
Klimagerät nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteeinrichtung (3) als separates Bauteil ausgebildet ist, das vor eine Luftauslassöffnung (1) des Klimagerätes montierbar ist.
Klimagerät nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Latentwärmespeicher (7) lösbar und austauschbar in der Halteeinrichtung (3) gehaltert ist.
Klimagerät nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Gebläse- und/oder Ventilatoreinrichtung integraler Bestandteil der Halteeinrichtung (3) ist und unabhängig von dem Klimagerät bedienbar ist.
Klimagerät nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Klimagerät durch eine fest installierte Klimaanlage oder durch ein mobiles Klimagerät gebildet ist.
Klimagerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Klimagerät als Anbauteil und/oder Ergänzungsteil für ein Möbelstück, insbesondere für Tische und/oder Regale und/oder Schränke oder dergleichen, ausgebildet ist.
Klimagerät nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Klimagerät integraler Bestandteil eines Möbelstückes, insbesondere eines Regals und/oder Tisches und/oder Schrankes oder dergleichen, ist.
Klimagerät nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das PCM durch ein PCM-Granulat aus Salzhydraten oder Parafinen gebildet ist.
Verfahren zum Betreiben eines Klimagerätes, insbesondere eines Klimagerätes nach einem der Ansprüche 1 bis 17, bei dem im Betrieb der Klimaanlage ein Kühlluftstrom erzeugt wird, der über eine Luftauslassöffnung in die Umgebung ausströmt, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlluftstrom über wenigstens einen ein PCM (Phase Change Material) aufweisenden Latentwärmespeicher (7) geführt wird, wobei der Kühlluftstrom bei einer Temperatur unter der Schmelztemperatur des PCM einen Phasenwechsel des PCM verhindert, so dass das PCM bei anschließend abgeschaltetem Klimagerät und einer über die Schmelztemperatur des PCM ansteigenden Raumlufttemperatur einen Phasenwechsel unter Aufnahme von Wärmeenergie aus der Raumluft zur passiven Kühlung eines Innenraums (5) durchführt.