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Die
Erfindung betrifft eine Kühleinrichtung, insbesondere
eine Kühleinrichtung
für ein
Fahrzeug, wobei die Kühleinrichtung
auf der Grundlage der Befeuchtungskühlung arbeitet und einen Wärmetauscher
aufweist, der von einem Arbeitsluftstrom und von einem Nutzluftstrom
durchströmt
werden kann, die innerhalb des Wärmetauschers
ohne in direkten Kontakt zu geraten in wärmetauschender Beziehung stehen,
wobei eine Befeuchtungseinrichtung dazu vorgesehen ist, die Temperatur
des Arbeitsluftstroms innerhalb des Wärmetauschers durch Befeuchtung zu
senken.
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Eine
derartige Kühleinrichtung
ist beispielsweise aus der
DE
19729077 A bekannt, wobei diese bekannte Kühleinrichtung
dazu vorgesehen ist, noch weiter zu konditionierende Luft vorzukühlen. Bereits der
aus der
DE 19729077
A1 bekannte Anwendungsfall der gattungsgemäßen Kühleinrichtung
zeigt, dass die Kühlleistung
derartiger Kühleinrichtungen
beim Stand der Technik in der Regel nicht ausreichend ist, um einen
Innenraum, insbesondere einen Kraftfahrzeuginnenraum, ausschließlich durch
eine derartige Kühleinrichtung
zu kühlen.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäßen Kühleinrichtungen
derart weiterzubilden, dass sich eine ausreichend hohe Kühlleistung
ergibt, um insbesondere Kraftfahrzeuginnenräume ausreichend kühlen zu
können,
insbesondere auch im Stand.
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Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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Vorteilhafte
Ausgestaltung und Weiterbildung der Erfindung ergeben sich aus den
anhängenden
Ansprüchen.
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Die
Erfindung baut auf dem gattungsgemäßen Stand der Technik dadurch
auf, dass zumindest einige der mit dem Arbeitsluftstrom in Kontakt
gelangenden Oberflächen
des Wärmetauschers
durch saugfähiges
Material gebildet sind. Durch diese Lösung wird es möglich, die
relative Luftfeuchtigkeit des Arbeitsluftstroms auf bis zu 100 %
zu erhöhen,
so dass sich eine optimale Kühlleistung
ergibt. Vorzugsweise ist der Anteil der saugfähigen Oberflächen des Wärmetauschers,
die mit dem Arbeitsluftstrom in Kontakt gelangen, so groß wie möglich. Der
Kühleffekt
lässt sich
weiterhin dadurch optimieren, dass der Arbeitsluftstrom im Idealfall
bis kurz vor den Austritt aus dem Wärmetauscher befeuchtet wird.
Dies lässt sich
dadurch erreichen, dass auch die im Aus gangsbereich des Wärmetauschers
befindlichen Oberflächen,
die mit dem Arbeitsluftstrom in Kontakt gelangen, durch saugfähiges Material
gebildet sind, das die zur Befeuchtung genutzte Flüssigkeit
speichern kann. Besonders günstige
Ergebnisse lassen sich erzielen, wenn die erfindungsgemäße Kühleinrichtung zumindest
annähernd
isotherm arbeitet, d. h. wenn die Temperatur des eintretenden Arbeitsluftstroms
in etwa der Temperatur des austretenden Arbeitsluftstroms entspricht
(die Kälte
wird auf den Nutzluftstrom übertragen)
und lediglich die relative Luftfeuchtigkeit auf beispielsweise annähernd 100
% gesteigert wird. Dadurch dass der Arbeitsluftstrom und der Nutzluftstrom
nicht in direkten Kontakt gelangen, wird gewährleistet, dass der beispielsweise
in den Kraftfahrzeuginnenraum eingeblasene Nutzluftstrom keine übermäßig hohe
Luftfeuchtigkeit aufweist, so dass die Gefahr von Schimmel- oder
Bakterienbefall zumindest deutlich verringert wird.
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Bei
der bevorzugten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Kühleinrichtung
ist vorgesehen, dass das saugfähige
Material, Stoff- beziehungsweise Textilbahnen, schaum- oder schwammartige
Materialen und/oder durch Flocken umfasst. Grundsätzlich kommt
als saugfähiges
Material jedes Material in Betracht, das dazu in der Lage ist, die
zur Befeuchtung des Arbeitsluftstromes verwendete Flüssigkeit, in
der Regel Wasser, besser zu speichern, als glatte Wände, aus
denen das Innere des Wärmetauschers mit
Ausnahme des saugfähigen
Materials größtenteils
besteht. Beispielsweise kann der Wärmetauscher durch dünne Aluminiumbleche
oder Aluminiumfolien gebildet sein, deren mit dem Arbeitsluftstrom
in Kontakt gelangenden Oberflächen
mit saugfähigem
Material aus gestattet sind. Dabei können Materialbahnen in vorteilhafter
Weise in den Wärmetauscher
eingelegt werden, so dass die Materialbahnen bei Bedarf vergleichsweise
einfach auswechselbar sind.
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Als
besonders vorteilhaft für
die erfindungsgemäße Kühleinrichtung
wird es erachtet, wenn vorgesehen ist, dass der Wärmetauscher
ein Kreuzstromwärmetauscher
ist. Beispielsweise im Gegensatz zu Gegenstromwärmetauschern ermöglichen
es Kreuzstromwärmetauscher,
dass die Luftauslässe frei
bleiben können,
weil dort keine Gebläse
angeordnet werden müssen.
Somit lassen sich Druckverluste minimieren.
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Im
vorstehend erläuterten
Zusammenhang wird es als besonders vorteilhaft erachtet, wenn vorgesehen
ist, dass der Arbeitsluftstrom im Wesentlichen vertikal und der
Nutluftstrom im Wesentlichen horizontal durch den Wärmetauscher
geführt
wird. Die vertikale, vorzugsweise von oben nach unten gerichtete
Strömung
der Arbeitsluft ermöglicht
es, dass der Arbeitsluftstrom entlang der in dem saugfähigen Material
nach unten sickernden Flüssigkeit
geführt und
so optimal befeuchtet und gekühlt
wird. Darüber hinaus
kann in diesem Fall eventuell aus dem Wärmetauscher austretende Flüssigkeit
in einfacher Weise aufgefangen werden.
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Der
bevorzugten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Kühleinrichtung
ist vorgesehen, dass die Befeuchtungseinrichtung zumindest eine Düse aufweist.
Grundsätzlich
kommt jede Befeuchtungsvariante in Betracht, die dazu geeignet ist,
das saugfähige
Material möglichst
gleichmäßig mit
Flüssigkeit
zu versorgen. Dies gelingt besonders einfach, wenn ei ne oder mehrere
Düsen als
Rotationsdüsen ausgebildet
sind, die vorzugsweise allein aufgrund des Flüssigkeitsdrucks in Rotation
versetzt werden, um die Flüssigkeit
möglichst
gleichmäßig zu verteilen.
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Als
besonders vorteilhaft für
die erfindungsgemäße Kühleinrichtung
wird erachtet, dass der Wärmetauscher
eine Mehrzahl von im Wesentlichen U-förmigen Wiederholprofilen aufweist,
wobei sich die freien Schenkel der U-förmigen Wiederholprofile nach
unten erstrecken, und wobei U-förmigen
Wiederholprofile derart beabstandet nebeneinander angeordnet sind,
dass die durch die freien Schenkel der U-förmigen Wiederholprofile gebildeten
Ebenen im Wesentlichen parallel verlaufen. Dabei können die U-förmigen Wiederholprofile
beispielsweise durch entsprechend formbare Aluminiumfolien oder
Aluminiumbleche gebildet sein. Neben Aluminium kommen grundsätzlich alle
Materialien in Betracht, die eine entsprechend gute Wärmeleitfähigkeit
aufweisen.
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Im
vorstehend erläuterten
Zusammenhang wird weiterhin bevorzugt, dass die durch die Außenseiten
der freien Schenkel der U-förmigen
Wiederholprofile gebildeten Oberflächen mit saugfähigem Material
ausgestattet sind. Dies lässt
sich besonders einfach erreichen, wenn beispielsweise Stoff- oder Textilbahnen über die
U-förmigen
Wiederholprofile gelegt werden.
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Weiterhin
wird es in diesem Zusammenhang bevorzugt, dass die Oberseiten der
Verbindungsbereiche der freien Schenkel der U-förmigen Wiederholprofile mit
saugfähigem
Material ausgestattet sind. In diesem Fall kann das oben befindli che,
den Verbindungsbereichen der freien Schenkel zugeordnete saugfähige Material
beispielsweise direkt befeuchtet werden und die Feuchtigkeit dann
in die freien Schenkel weiterleiten.
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Eine
ebenfalls bevorzugte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Kühleinrichtung
sieht vor, dass die Randbereiche von benachbarten freien Schenkel von
benachbarten U-förmigen
Wiederholeinheiten verbunden sind, um zwischen benachbarten U-förmigen Wiederholeinheiten
senkrechte Luftkanäle
und zwischen den Schenkeln der jeweiligen U-förmigen Wiederholprofile horizontale
Luftkanäle
zu bilden. Beispielsweise wenn dünne
Aluminiumbleche oder Aluminiumfolien zur Herstellung der U-förmigen Wiederholeinheiten
dienen, können
die entsprechenden Randbereiche durch einfaches Falzen verbunden werden.
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Als
besonders vorteilhaft wird erachtet, dass zwischen benachbarten
U-förmigen
Wiederholeinheiten Abstandhalter und/oder zwischen den Schenkeln
der jeweiligen U-förmigen
Wiederholeinheiten Abstandhalter angeordnet sind, insbesondere zickzackförmige, wellenförmige und/oder
lammellenförmige
Abstandhalter. Insbesondere wenn sowohl zwischen benachbarten U-förmige Wiederholeinheiten als
auch zwischen den Schenkeln der jeweiligen U-förmigen Wiederholeinheiten Abstandhalter
vorgesehen sind, lässt
sich in einfacher Weise ein kompakter und dennoch stabiler Aufbau
erzielen, auch dann, wenn beispielsweise vergleichsweise weiche
Aluminiumfolien als U-förmige
Wiederholeinheiten dienen.
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Ein
bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird nachfolgend anhand der zugehörigen Zeichnungen beispielhaft
näher erläutert.
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Es
zeigen:
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1 eine
schematische, perspektivische Ansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kühleinrichtung;
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2 eine
Seitenansicht der Kühleinrichtung
nach 1;
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3 eine
perspektivische Darstellung, die den Aufbau des in der Kühleinrichtung
nach den 1 und 2 verwendeten
Wärmetauschers
näher erläutert;
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4 eine
schematische Draufsicht des mit Abstandhaltern ausgestatteten Wärmetauschers
von 3;
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5 eine
schematische Vorderansicht des mit Abstandhaltern ausgestatteten
Wärmetauschers von 3;
und
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6 eine
schematische Vorder-Schnittansicht des mit Abstandhaltern ausgestatteten
Wärmetauschers
von 3.
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In
den Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Komponenten,
die zur Vermeidung von Wiederholungen zumindest teilweise nur einmal
erläutert
werden.
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1 zeigt
eine schematische, perspektivische Ansicht einer Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Kühleinrichtung
und 2 zeigt eine Seitenansicht der Kühleinrichtung
nach 1. Das Kernstück
der dargestellten Kühleinrichtung 10 bildet ein
Wärmetauscher 12,
der nach Art eines Kreuzstromwärmetauschers
ausgebildet ist. Im Betrieb wird der Wärmetauscher 12 vertikal,
von oben nach unten von einem Arbeitsluftstrom 14 durchströmt, der innerhalb
des Wärmetauschers 12 befeuchtet
und dadurch abgekühlt
wird. Die somit erzeugte Kälte wird
auf einen Nutzluftstrom 16 übertragen, der horizontal durch
den Wärmetauscher 12 geführt wird. Wie
dargestellt, kann der eintretende Arbeitsluftstrom beispielsweise
eine Temperatur von 30° Celsius
und eine relative Luftfeuchtigkeit von 40 % aufweisen, während der
austretende Arbeitsluftstrom 14 eine Temperatur von ebenfalls
30 ° Celsius
(isotherme Betriebsweise) aber eine relative Luftfeuchtigkeit von 100
% aufweisen kann. Der eintretende Nutzluftstrom 16, der
die gleiche Temperatur und Luftfeuchtigkeit wie der eintretende
Arbeitsluftstrom 14 aufweist, kann im Auslassbereich des
Wärmetauschers 12 beispielsweise
eine Temperatur von 20° Celsius und
eine relative Luftfeuchtigkeit von 70 % aufweisen. Zur Förderung
des Nutzluftstroms 16 ist ein Radialgebläse 58 vorgesehen.
Der Deckel 54 weist im dargestellten Fall sechs kreisrunde Öffnungen 60 auf,
die im Betrieb mit sechs nicht dargestellten Axialgebläsen zusammenwirken,
die den Arbeitsluftstrom 14 durch den Wärmetauscher 12 erzeugen. Selbstverständlich können auch
andere Gebläsetypen
eingesetzt werden, und auch die Anzahl der jeweiligen Gebläse wählt der
Fachmann problemlos in Abhängigkeit
von den zu bewegenden Luftmengen. In 2 ist eine
Befeuchtungseinrichtung 18 zu erkennen, mit der die mit
dem Arbeitsluftstrom 14 in Kontakt gelangenden saugfähigen Oberflächen des Wärmetauschers 12 befeuchtet
werden. Zu diesem Zweck ist vorzugsweise eine nicht dargestellte
Pumpe vorgesehen, die die zur Befeuchtung verwendete Flüssigkeit,
in der Regel Wasser, aus einem entsprechenden Speicherbehälter fördert. Die
Befeuchtungseinrichtung 18 weist im dargestellten Fall
eine Rotationsdüse 24 auf,
die im Betrieb allein aufgrund des Wasserdrucks rotiert und so eine
gleichmäßige Befeuchtung
ermöglicht.
Selbstverständlich
können bei
Bedarf auch mehrere Düsen
und/oder weitere Einrichtungen zur Verteilung der Flüssigkeit
vorgesehen sein.
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3 zeigt
eine perspektivische Darstellung, die den Aufbau des in der Kühleinrichtung 10 nach
den 1 und 2 verwendeten Wärmetauschers 12 näher erläutert, 4 zeigt
eine schematische Draufsicht des mit Abstandhaltern 50 ausgestatteten
Wärmetauschers 12 von 3, 5 zeigt eine
schematische Vorderansicht des mit Abstandhaltern 52 ausgestatteten
Wärmetauschers 12 von 3,
und 6 zeigt eine schematische Vorder-Schnittansicht
des mit Abstandhaltern 52 ausgestatteten Wärmetauschers 12 von 3.
Um einen bevorzugten Aufbau des in den 1 und 2 dargestellten
Wärmetauschers 12 zu
veranschaulichen, sind in den 3 bis 6 drei
U-förmige
Wiederholprofile 26, 28, 30 dargestellt,
die mit zwei Randelementen 20 zusammenwirken. Es ist klar,
dass bei realen Ausführungsformen
eine deutlich größere Anzahl
von Wiederholprofilen vorgesehen sein kann. Die freien Schenkel 32, 34; 36, 38; 40, 42 der
U-förmigen
Wiederholprofile 26, 28, 30 erstrecken sich derart
nach unten, dass die durch die freien Schenkel 32, 34; 36, 38; 40, 42 der
U-förmigen
Wiederholprofile 26, 28, 30 gebildeten
Ebenen im Wesentlichen parallel verlaufen. Die durch die Außenseiten
der freien Schenkel 32, 34; 36, 38; 40, 42 der
U-förmigen
Wiederholprofile 26, 28, 30 gebildeten
Oberflächen 44 sind
mit einem saugfähigen
Material 22 ausgestattet, das im dargestellten Fall durch
Textilbahnen gebildet ist. Somit sind auch die Oberseiten 46 der
Verbindungsbereiche der freien Schenkel 32, 34; 36, 38; 40, 42 der
U-förmigen
Wiederholprofile 26, 28, 30 mit saugfähigem Material 22 ausgestattet.
Die freien Schenkel 32, 34; 36, 38; 40, 42 der
U-förmigen
Wiederholprofile 26, 28, 30 weisen Randbereiche 48 auf, die
sich nach vorne und nach hinten hinaus erstrecken. Wie dies insbesondere
den 4 und 5 zu entnehmen ist, werden die
Randbereiche 48 der benachbarten freien Schenkel 34, 36; 38, 40 der
benachbarten U-förmigen
Wiederholeinheiten 26, 28; 28, 30 verbunden,
beispielsweise durch eine Falzverbindung. Die äußersten freien Schenkel 32, 42 werden
entsprechend mit den Randelementen 20 verbunden, die ebenfalls
mit nicht dargestelltem saugfähigen
Material ausgestattet sein können.
Dadurch werden zwischen benachbarten U-förmigen Wiederholeinheiten 26, 28; 28, 30 sowie
zwischen den äußeren Wiederholeinheiten 26, 30 und
den Randelementen 20 senkrechte Luftkanäle und zwischen den Schenkeln 32, 34; 36, 38; 40, 42 horizontale
Luftkanäle
gebildet. Wie dies den 4 bis 6 zu entnehmen
ist, sind zwischen benachbarten U-förmigen Wiederholeinheiten 26, 28; 28, 30 sowie
den entsprechenden Randelementen 20 zickzackförmige Abstandhalter 50 vorgesehen
(siehe 4), die eine Vielzahl von senkrechten Luftkanälen definieren. Entsprechend
sind zwischen den Schenkeln 32, 34; 36, 38; 40, 42 der
U-förmigen
Wiederholprofile 26, 28, 30 zickzackförmige Abstandhalter 52 angeordnet,
die eine Vielzahl von horizontalen Luftkanälen bilden. In der Praxis ist
der Wärmetauscher 12 von
in den Figuren nicht näher
dargestellten Seitenwänden derart
umgeben, dass sich aufgrund der Abstandhalter 50, 52 auch
dann ein stabiler Aufbau ergibt, wenn das Innenleben des Wärmetauschers
durch vergleichsweise dünne
und daher leicht biegbare U-förmige
Wiederholprofile 26, 28, 30 gebildet
ist.
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Die
in der vorstehenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den
Ansprüchen
offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch
in beliebiger Kombination für
die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.
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- 10
- Kühleinrichtung
- 12
- Wärmetauscher
- 14
- Arbeitsluftstrom
- 16
- Nutzluftstrom
- 18
- Befeuchtungseinrichtung
- 20
- Randelement
- 22
- Saugfähiges Material
- 24
- Düse
- 26
- U-förmiges Wiederholprofil
- 28
- U-förmiges Wiederholprofil
- 30
- U-förmiges Wiederholprofil
- 32
- Freier
Schenkel
- 34
- Freier
Schenkel
- 36
- Freier
Schenkel
- 38
- Freier
Schenkel
- 40
- Freier
Schenkel
- 42
- Freier
Schenkel
- 44
- Oberflächen der
Außenseiten
- 46
- Oberflächen der
Verbindungsbereiche
- 48
- Randbereiche
- 50
- Abstandhalter
- 52
- Abstandhalter
- 54
- Deckel
- 56
- Bodenplatte
- 58
- Radialgebläse
- 60
- Öffnungen