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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung zum Temperieren
von Räumen
mit wenigstens einem Luftkanal, der ein Phasenübergangsmaterial enthält und ein
oberes Einlaßende
und ein unteres Auslaßende
aufweist, und einem Ventilator, um zu temperierende Raumluft unter
Abgabe von Wärmeenergie
an das Phasenübergangsmaterial durch
den Luftkanal zu transportieren.
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Vorrichtungen
dieser Art sind beispielsweise aus der
DE 299 22 798 U1 der Anmelderin
bekannt und werden insbesondere in großen Gebäuden eingesetzt, um Büroräume etc.
zu kühlen.
Die bekannten Kühlvorrichtungen
besitzen einen Luftkanal, durch welchen eine zu kühlende Raumluft
durch Konvektion oder zwangsgeführt
mittels eines Ventilators an einem Phasenübergangsmaterial (PCM = Phase Change
Material) vorbeigeführt
wird, um die Raumluft unter Abgabe von Wärmeenergie an das PCM abzukühlen. Diesen
Kühlvorrichtungen
liegt die Überlegung
zugrunde, die latente Wärme
der sogenannten Phasenübergangsmaterialien
an ihrem Phasenübergang
zu nutzen. Aufgrund der latenten wärme des Phasenübergangs
beim Übergang fest←→flüssig sind
diese Materialien in der Lage, große Wärmemengen bei vergleichsweise
niedrigem Temperaturhub zu speichern und später beinahe zu konstanter Temperatur
wieder abzugeben.
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Der
Einsatz von PCM erfordert Regenerierungsphasen, in welchen das Material
die aufgenommene Energie wieder abgeben kann. Um diese Regenerierungsphasen
zu beschleunigen, weist die in der
DE 299 22 798 U1 beschriebene Vorrichtung
ein aktives Kühlsystem
auf. Konkret ist ein Kühlwasserkreislauf
vorgesehen, durch welchen eine aktive Kühlung des PCM über einen
Wasserkreislauf erfolgt, der wiederum luftgekühlt ist.
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Die
bekannten Temperaturvorrichtungen haben sich in der Praxis zwar
durchaus bewährt.
Die Bestrebungen gehen jedoch dahin, die Vorrichtungen universeller
einsetzen zu können.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Kühlvorrichtung zum Temperieren
von Räumen
der eingangs genannten Art bereitzustellen, die eine effektive Klimatisierung
gewährleistet
und außerdem
wirtschaftlich ist.
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Diese
Aufgabe ist bei der Kühlvorrichtung der
eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß parallel
zu dem Luftkanal ein Luftschacht mit einem oberen Einlaßende und
einem unteren Auslaßende
vorgesehen ist, daß der
Luftkanal und der Luftschacht einlaßseitig an den Kühlluftauslaß eines
Luftkühlers
angeschlossen sind und daß dem
Luftkanal und dem Luftschaft Absperrmittel zugeordnet sind, die
betätigbar
sind, um ein Durchströmen
des Luftkanals und/oder des Luftschachts wahlweise zu erlauben oder
zu verhindern.
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Bei
der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung kann
im Kühlbetrieb
die zu kühlende
Luft in an sich bekannter Weise durch den Luftkanal geführt werden,
um Wärme
an das PCM abzugeben. Dabei findet bei der Speicherung der Wärme in dem
PCM ein Phasenübergang
in einer Richtung, beispielsweise ein Schmelzen eines festen Salzes
zu einer Flüssigkeit
statt. Die gespeicherte Energie steckt dann in der latenten Schmelzwärme, führt also
nicht zu einer Temperaturerhöhung
des PCM. Alternativ ist es möglich,
eine Kühlung über den
Luftkühler
vorzunehmen, wobei dann die gekühlte
Luft aufgrund von Gravitation durch den Luftschacht fällt und
an dessen unterem Ende wieder in den zu kühlenden Raum austritt. Die
Kühlung über den
Luftkühler
ermöglicht
eine hohe Kühlleistung.
Zudem kann der Luftkühler
auch eingesetzt werden, um in den Regenerierungsphasen, die insbesondere
im Nachtbetrieb stattfinden können,
kühle Luft
durch den Luftkanal zu führen
und auf diese Weise dem PCM Wärmeenergie
zu entziehen, wobei es rekristallisiert.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung ist entsprechend vorgesehen, daß der Ventilator, der Luftkühler und
die Absperrmittel an eine Steuervorrichtung angeschlossen sind.
Die Steuervorrichtung kann dann in einem Aufladebetriebsmodus den Luftkühler und
den Ventilator einschalten und die Absperrmittel betätigen, um
den Luftkanal zu öffnen
und den Luftschacht zu schließen,
so daß aus
dem Luftkühler
austretende, gekühlte
Luft den Luftkanal durchströmt,
wobei dem Phasenübergangsmaterial unter Übergang
in den kristallinen Zustand Wärme entzogen
wird.
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In
einem ersten Kühlbetriebsmodus
wird die Steuervorrichtung den Ventilator einschalten und den Luftkühler ausschalten
sowie die Absperrmittel betätigen,
um den Luftkanal zu öffnen
und den Luftschacht zu schließen,
so daß zu
temperierende Raumluft unter Abgabe von Wärmeenergie an das Phasenübergangsmaterial
durch den Luftkanal transportiert wird.
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In
einem zweiten Kühlbetriebsmodus
wird die Steuervorrichtung den Ventilator ausschalten und den Luftkühler einschalten
sowie die Absperrmittel betätigen,
um den Luftkanal zu schließen
und den Luftschacht zu öffnen,
so daß zu
temperierende Luft in dem Luftkühler
gekühlt
wird, durch den Luftschacht fällt
und aus dem Luftschacht an dessen unterem Auslaßende austritt.
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Der
Ventilator kann auch so angeordnet sein, daß der geeignet ist, Luft sowohl
durch den Luftkanal, als auch durch den Luftschacht zu fördern. In
diesem Fall kann in dem zweiten Kühlbetriebsmodus der Ventilator
auch eingeschaltet sein.
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Es
ist auch möglich,
die Kühlvorrichtung
in einem Kühl/Auflade-Betriebsmodus
laufen zu lassen. In diesem Fall wird die Steuervorrichtung den
Ventilator und den Luftkühler
einschaltet sowie die Absperrmittel betätigen, um den Luftkanal und
den Luftschacht zu öffnen,
so daß zu
temperierende Luft in dem Luftkühler
gekühlt
wird und die gekühlte
Luft dann parallel einerseits durch den Luftschacht fällt und
aus dem Luftschacht an dessen unterem Auslaßende auftritt, und andererseits
den Luftkanal durchströmt,
wobei dem Phasenübergangsmaterial
unter Übergang
in den kristallinen Zustand Wärme
entzogen wird.
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Bei
dieser Ausführungsform
wird somit der den Luftschacht durchströmende Teil der gekühlten Luft
direkt zur Raumkühlung
verwendet, während
der den Luftkanal durchströmende
Teil zum Aufladen des PCM verwendet wird. Sofern die Luft hierbei
nicht zu viel Wärmeenergie
aufnimmt, kann sie immer noch im gekühlten Zustand zurück in den
zu kühlenden Raum
eintreten.
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Hierbei
kann der Steuervorrichtung ein Temperaturkühler zugeordnet sein, so daß die Steuervorrichtung
in Abhängigkeit
von einer durch den Temperaturfühler
ermittelten Lufttemperatur die Kühlvorrichtung
in dem einen oder dem anderen Kühlbetriebsmodus
arbeiten läßt. Es hat
sich gezeigt, daß der Kühlbetrieb über das
PCM bis zu Raumtemperaturen von ca. 23°C bis 25°C sehr wirkungsvoll ist, bei
höheren
Temperaturen jedoch eine höhere
Kühlleistung er forderlich
ist, die über
den Luftkühler
erreicht werden kann. Das Umschalten zwischen den Kühlbetriebsmodi
kann natürlich
auch von anderen Parametern, beispielsweise der Temperatur der aus
dem Luftkanal bzw. Luftschacht austretenden Luft, der Außentemperatur
etc. erfolgen.
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Schließlich kann
vorgesehen sein, dass mehreren Luftschachten und/oder mehreren Luftkanälen ein
gemeinsamer Luftkühler
zugeordnet ist, um die Luftschächte
und/oder die Luftkanäle
parallel mit gekühlter
Luft zu versorgen. Dabei kann der Luftkühler als dezentrales Flach-
oder Unterflurgerät
ausgebildet sein.
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Hinsichtlich
weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen der Erfindungen wird auf
die Unteransprüche sowie
die nachfolgende Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme
auf die beiliegende Zeichnung verwiesen. In der Zeichnung zeigt:
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1 in
schematischer Darstellung eine Kühlvorrichtung
zum Temperieren von Räumen
gemäß der vorliegenden
Erfindung im Aufladebetrieb;
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2 die
Kühlvorrichtung
aus 1 in einem ersten Kühlbetriebsmodus,
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3 die
Kühlvorrichtung
aus 1 in einem zweiten Kühlbetriebsmodus, und
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4 eine
alternative Kühlvorrichtung
in einem Kühl/Auflade-Betriebsmodus.
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In
den Figuren ist eine Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung
K zum Temperieren von Räumen
gemäß der vorliegenden
Erfindung dargestellt. Diese Kühlvorrichtung
K besitzt einen sich in vertikaler Richtung erstreckenden Luftkanal 1,
der ein Phasenübergangsmaterial 2 (PCM)
enthält
und ein oberes Einlaßende 3 und
ein unteren Auslaßende 4 aufweist.
Am Einlaßende 3 ist
in dem Luftkanal 1 ein Absperrmittel 5 in Form
einer Absperrklappe vorgesehen, und am unteren Auslaßende 4 des
Luftkanals 1 ist ein Ventilator 6 angeordnet,
um zu temperierende Raumluft unter Abgabe von Wärmeenergie an das PCM 2 durch
den Luftkanal 1 zu transportieren.
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Parallel
zu dem Luftkanal 1 ist ein Luftschacht 7 mit einem
oberen Einlaßende 8 und
einem unteren Auslaßende 9 vorgesehen.
Am Einlaßende 8 ist
in dem Luftschacht 7 ein Absperrmittel 10 ebenfalls
in Form einer Absperrklappe angeordnet, die es erlaubt, den Luftschacht 7 zu öffnen oder
zu schließen.
Das Auslaßende 9 des
Luftschachtes 7 endet unterhalb des Auslaßendes 4 des
Luftkanals 1.
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Die
Kühlvorrichtung
K besitzt des weiteren einen Luftkühler 11, der an der
Kopfseite des Luftkanals 1 sowie des Luftschachtes 7 plaziert
ist und mit deren Einlaßenden 3, 8 über einen
gemeinsamen Verbindungskanal 12 verbunden ist. Nicht dargestellt ist,
daß der
Ventilator 6, der Luftkühler 11 und
die Absperrmittel 5, 10 an eine Steuervorrichtung
angeschlossen sind und über
diese betätigt
werden können.
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In
den 1 bis 3 sind drei Betriebsarten der
Kühlvorrichtung
K dargestellt. Die 1 zeigt die Kühlvorrichtung
K in einem Auflademodus, welcher dazu dient, insbesondere im Nachtbetrieb
dem in dem Luftkanal 1 enthaltenen PCM 2 Wärmeenergie
zu entziehen und das PCM 2 auf diese Weise aufzuladen.
In diesem Aufladebetriebsmodus schaltet die Steuervorrichtung den
Luftkühler 11 und
den Ventilator 6 ein und betätigt die Absperrmittel 5, 10,
um den Luftkanal 1 zu öffnen
und den Luftschacht 7 zu schließen. Über den Ventilator 6 wird
dann Raumluft in Richtung des Pfeils R in den Luftkühler 11 gesaugt, dort
gekühlt,
und die aus dem Luftkühler 11 austretende
gekühlte
Luft tritt dann – wie
durch den Pfeil Z angedeutet – in
den Luftkanal 1 ein, durchströmt diesen, wobei sie dem PCM 2 Wärmeenergie
entzieht, so daß das
PCM 2 rekristallisiert, und tritt am Auslaßende 4 aus dem Luftkanal 1 wieder
aus. Neben der Regenerierung des PCM 2 wird in dem Aufladebetrieb
zusätzlich
eine Kühlung
der Raumluft erreicht, da die aus dem Luftkanal 1 austretende
Luft in der Regel kühler
ist als die in den Luftkühler 11 gesaugte Raumluft.
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In
der 2 ist ein erster Kühlbetriebsmodus der Kühlvorrichtung
K dargestellt. In diesem Kühlbetriebsmodus
schaltet die Steuervorrichtung den Ventilator 6 ein und den
Luftkühler 11 aus
und betätigt
die Absperrmittel 5, 10, um den Luftkanal 1 zu öffnen und den
Luftschacht 7 zu schließen. Dieser Kühlbetriebsmodus
entspricht somit dem Auflademodus mit der Maßgabe, daß der Luftkühler 11 ausgeschaltet
ist. In der Folge wird Raumluft R durch den Betrieb des Ventilators 6 in
den Luftkühler 11 gesaugt
und tritt ungekühlt
in den Luftkanal 1 ein mit der Folge, daß die Luft
unter Abgabe von Wärmeenergie
an das PCM 2 durch den Luftkanal 1 transportiert
wird und gekühlt am
Auslaßende 4 in
den Raum austritt.
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Bei
dem in 3 dargestellten zweiten Kühlbetriebsmodus schaltet die
Steuervorrichtung den Ventilator 6 aus und den Luftkühler 11 ein
und betätigt
die Absperrmittel 5, 10, um den Luftkanal 1 zu schließen und
den Luftschacht 7 zu öffnen.
Die zu temperierende Raumluft tritt dann in den Luftkühler 11 wie
durch den Pfeil R angedeutet ein und wird dort gekühlt. Aus
dem Luftkühler 11 austretende
gekühlte Luft
strömt
dann, wie durch den Pfeil Z angedeutet, in den Luftschacht 7 und
fällt in
diesem aufgrund von Gravitation zum Auslaßende 9, wo sie wieder
in den Raum austritt.
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Das
Umschalten zwischen den einzelnen Steuerungsarten kann auf unterschiedliche
Weise erfolgen. Der in 1 dargestellte Auflademodus
wird bevorzugt im Nachtbetrieb stattfinden und kann entsprechend
beispielsweise über
eine Zeitschaltung aktiviert und deaktiviert werden. Die Schaltung
zwischen dem ersten und dem zweiten Kühlbe triebsmodus erfolgt zweckmäßigerweise
in Abhängigkeit
von der zur Verfügung
zu stellenden Kühlleistung
und entsprechend in Abhängigkeit
von der Raumtemperatur. Da durch die Kühlung über das PCM 2 nur
eine beschränkte
Kühlleistung
zur Verfügung
gestellt werden kann, wird der in 2 dargestellte
erste Kühlbetriebsmodus
nur bis zu Raumtemperaturen von etwa 23 bis 25°C eingesetzt, bei darüber liegenden Temperaturen
wird die Steuervorrichtung die Kühlvorrichtung
K in den zweiten Kühlbetriebsmodus schalten,
in dem eine Kühlung über den
Luftkühler 11 erfolgt
(siehe 3).
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Wie
in der 4 gezeigt ist, kann der Ventilator 6 auch
derart angeordnet sein, daß er
den Transport von Luft sowohl durch den Luftkanal 1, als auch
durch den Luftschacht 7 unterstützt. In diesem Fall kann der
Ventilator 6 im oben beschriebenen zweiten Kühlbetriebsmodus
auch eingeschaltet bleiben. Des weiteren ist es möglich, die
Kühlvorrichtung in
einem kombinierten Kühl/Auflade-Betriebsmodus arbeiten
zu lassen. In diesem Betriebsmodus schaltet die Steuervorrichtung
den Ventilator 6 und den Luftkühler 11 ein und betätigt die
Absperrmittel 5, 10, um den Luftkanal 1 und
den Luftschacht 7 zu öffnen. Die
zu temperierende Raumluft tritt dann in den Luftkühler 11 ein
und wird durchgekühlt.
Aus dem Luftkühler 11 austretende
gekühlte
Luft strömt
dann einerseits durch den Luftschacht 7 zu dessen Auslaßende 9,
wo sie wieder in den Raum austritt, und andererseits parallel dazu
in den Luftkanal 1, wo sie dem PCM 2 Wärmeenergie
entzieht, so daß das PCM 2 rekristallisiert
und aufgeladen wird. In diesem Fall trägt im wesentlichen der den
Luftschacht 7 durchströmende
Teil der gekühlten
Luft zur Raumkühlung
bei, während
die durch den Luftkanal 1 einströmende Luft erwärmt wird
und somit nicht oder weniger zur Raumkühlung beitragen kann.
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Es
hat sich gezeigt, daß mit
der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung
eine effektive Raumkühlung
bei unterschiedlichen Temperaturen erfolgen kann. Dabei kann der
Luftkühler
sowohl zum Aufladen des PCM, als auch zum Kühlen der Raumluft im zweiten
Kühlbetriebsmodus
eingesetzt werden, so daß synergetische
Effekte eintreten, durch welche die erfindungsgemäße Kühlvorrichtung
K preiswert wird.
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Es
versteht sich, daß der
Ventilator 6 und auch der Luftkühler 11 in unterschiedlichen
Kapazitätsstufen
laufen können,
so daß über die
Kühlleistung
einerseits und über
die Luftmenge andererseits die Kühllufttemperatur
insbesondere in Abhängigkeit von
der vorherrschenden Raumtemperatur eingestellt werden kann.