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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Zuführung von Luft in einen Raum gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Aus
DE 10 2013 207 449 A1 ist ein Verfahren zum Konditionieren von Luft bekannt. Die Luft kann mit gewünschter Feuchtigkeit und gewünschter Temperatur einem Raum zugeführt werden.
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Demgegenüber liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Erwärmung der Luft auf eine gewünschte Temperatur durch eine Regelung einer die Strömung der Luft verursachenden Komponente zu erreichen.
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Die Vorrichtung umfasst einen Luftleitkanal, ein Strömungsmittel, eine Ausströmöffnung, eine Kühleinheit und ein Regelungsmittel. Die Ausströmöffnung ist an einem Ende des Luftleitkanals angeordnet. Das Strömungsmittel ist dazu ausgebildet, eine Strömung von Luft durch den Luftleitkanal zur Ausströmöffnung zu verursachen. Unter einem Luftleitkanal wird dabei im Rahmen dieser Beschreibung insbesondere eine Anlage verstanden, in der Luft von einem Anfang hin zur Ausströmöffnung strömen kann. Dabei definiert der Luftleitkanal den Weg der Luft vom Anfang hin zur Ausströmöffnung. Im einfachsten Fall kann also der Luftleitkanal beispielsweise einfach eine oder mehrere Röhren umfassen, durch die die Luft strömen kann. Die Luft kann dann durch die Ausströmöffnung in den Raum eintreten. Der Raum kann beispielsweise eine Lackierkabine sein, in der Bauteile mit einem Lackiersystem lackiert werden. In einer Lackierkabine ist es häufig besonders von Vorteil eine gewünschte Temperatur und eine gewünschte Feuchtigkeit der Luft zu haben, um besonders gute Ergebnisse beim Lackieren erzielen zu können. Das Strömungsmittel kann beispielsweise im Luftleitkanal angeordnet sein. Beispielsweise kann das Strömungsmittel ein Ventilator sein.
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Der Luftleitkanal kann beispielsweise Teil eines Luftaggregats, einer Raum-Luft-Technischen Anlage oder einer Lüftungsanlage sein.
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Die Kühleinheit ist dazu ausgebildet, die Luft abzukühlen. Dies dient unter anderem der Reduzierung der Feuchtigkeit der Luft, da beim Abkühlvorgang Wasser aus der Luft kondensiert. Außerdem kann eine Erwärmung der Luft durch die vom Strömungsmittel eingebrachte Energie ausgeglichen werden. Die Kühleinheit kann beispielsweise als Wärmetauscher ausgebildet sein. Die Kühleinheit kann dazu ausgebildet sein, die Luft unter Verwendung von kaltem Wasser oder kaltem Wasser mit Ethylenglykol abzukühlen. Es ist auch möglich, dass die Kühleinheit dazu ausgebildet ist, die Luft durch Kältemittel-Direktverdampfung, Absorptionskälte, Adsorptionskälte, Peltier-Elemente, Verdunstungskühlung, den Joule-Thomson-Effekt, passive Kühlung oder Dampfstrahlkühlung abzukühlen.
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Das Regelungsmittel ist dazu ausgebildet, eine Leistung des Strömungsmittels zu regeln. Beispielsweise kann die bei der Regelung verwendete Regelungsgröße ein Volumenstrom der Luft sein. Die Leistung des Regelungsmittels kann beispielsweise proportional zu einer Drehzahl des Strömungsmittels sein, wenn das Strömungsmittel ein Ventilator ist.
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Die Vorrichtung umfasst ein im Luftleitkanal angeordnetes Widerstandsmittel, das von einem ersten Zustand in einen zweiten Zustand und umgekehrt überführbar ist. Das Widerstandsmittel weist im ersten Zustand einen niedrigeren Strömungswiderstand für die Strömung auf als im zweiten Zustand. Der Strömungswiderstand ist somit durch das Widerstandmittel veränderbar. In Kombination mit der Regelung der Leistung des Strömungsmittels resultiert hieraus eine Möglichkeit für eine Erwärmung der Luft auf eine gewünschte Temperatur, beispielsweise 23°C. Wenn beispielsweise aufgrund einer relativ hohen Feuchtigkeit der Luft vor der Abkühlung die Luft stark abgekühlt werden muss, kann der Strömungswiderstand erhöht werden, sodass aufgrund der Regelung die Leistung des Strömungsmittels erhöht wird. Auf diese Weise trägt das Strömungsmittel mehr Energie in die Luft ein, sodass die Luft stärker erwärmt wird. Wenn hingegen keine oder eine geringere Erwärmung der Luft benötigt wird, kann der Strömungswiderstand verringert werden, sodass das Strömungsmittel weniger Energie in die Luft einträgt.
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Beispielsweise kann das Widerstandsmittel in Richtung der Strömung vom Strömungsmittel beabstandet sein.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann das Regelungsmittel dazu ausgebildet sein, die Leistung des Strömungsmittels so zu regeln, dass die Strömung einen konstanten Volumenstrom aufweist. Dies ist selbstverständlich nur im Rahmen der Genauigkeit des Regelungsmittels und des Strömungsmittels und der Leistung des Strömungsmittels möglich. Der Volumenstrom kann beispielsweise mit einer Ventilator-Ringmessdüse, einer Prandtlsonde, einem Staudruckrohr, einem Anemometer, einem Staugitter, einem Wirkdruckgeber, einem Messkreuz, einem VenturiRohr, einer Venturi-Düse, einem Flügelrad, einem Strömungstransmitter, einem Hitzdrahtanemometer oder einem Thermo-Anemometer gemessen werden.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann das Widerstandsmittel in einem kontinuierlichen Vorgang vom ersten Zustand in den zweiten Zustand und/oder umgekehrt überführbar sein. Das Widerstandsmittel kann dazu ausgebildet sein, während des kontinuierlichen Vorgangs den Strömungswiderstand kontinuierlich zu verändern. Dies ermöglicht eine genaue Einstellung des Strömungswiderstands, um einen erwünschten Strömungswiderstand einstellen zu können.
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Beispielsweise kann das Widerstandsmittel einen Motor umfassen, der dazu ausgebildet ist, ein Widerstandselement mechanisch zu verstellen. Durch eine Verstellung des Widerstandselements kann dann das Widerstandsmittel vom ersten in den zweiten Zustand und/oder umgekehrt überführbar sein. Das Widerstandselement kann beispielsweise eine Klappe, insbesondere eine Jalousie-Klappe, eine Blende, ein Schiebe-Element, eine Drossel, ein Schieber, ein Mittel zur Verengung des Querschnitts des Luftleitkanals oder ein Riegel sein.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann die Vorrichtung ein Steuerungsmittel umfassen, das dazu ausgebildet ist, das Widerstandsmittel, insbesondere vollautomatisch, in Abhängigkeit von einer Temperatur der Luft nach der Abkühlung vom ersten in den zweiten Zustand und umgekehrt zu überführen. Auf diese Weise kann automatisiert der für die Erwärmung der Luft auf die gewünschte Temperatur benötigte Strömungswiderstand eingestellt werden.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann die Vorrichtung ein Befeuchtungsmittel umfassen, das dazu ausgebildet ist, eine Feuchtigkeit der Luft zu erhöhen. Dies kann benötigt werden, wenn die Luft eine zu geringe Feuchtigkeit aufweist.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann die Vorrichtung eine Kühlsteuerungseinheit umfassen. Die Kühlsteuerungseinheit kann dazu ausgebildet sein, eine Kühlleistung der Kühleinheit in Abhängigkeit von einer Feuchtigkeit der Luft vor der Abkühlung zu steuern. Auf diese Weise kann die notwendige Entfeuchtung durch Kondensation erreicht werden. Wenn hingegen keine Entfeuchtung benötigt wird, kann die Kühlsteuerungseinheit die Kühlleistung so steuern, dass lediglich die Erwärmung der Luft aufgrund der vom Strömungsmittel eingetragenen Energie ausgeglichen wird.
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Die Feuchtigkeit der Luft vor der Abkühlung kann beispielsweise mit einem Hygrometer, elektronischen Sensoren, kapazitiven Sensoren, einem Tauspiegelhygrometer, hygroskopischen Elementen oder einem Taupunkthygrometer ermittelt werden.
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Es ist möglich, dass das Regelungsmittel, das Steuerungsmittel und/oder die Kühlsteuerungseinheit in einer einzigen Steuerungseinheit enthalten sind. In diesem Fall kann sowohl der Zustand des Widerstandsmittels als auch die Leistung des Strömungsmittels als auch die Kühlleistung der Kühleinheit durch die Steuerungseinheit bestimmt werden. Auf diese Weise kann besonders einfach durch die Steuerung des Widerstandsmittels, des Strömungsmittels und der Kühleinheit die gewünschte Feuchtigkeit der Luft und die gewünschte Temperatur der Luft eingestellt werden.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann die Kühlsteuerungseinheit dazu ausgebildet sein, die Kühlleistung der Kühleinheit so zu steuern, dass die Luft nach Austritt aus der Ausströmöffnung eine Zielfeuchtigkeit, beispielsweise 65% relative Feuchte, aufweist. Zu diesem Zweck kann bei der Berechnung der Kühlleistung durch die Kühlsteuerungseinheit auch die Erwärmung der Luft durch das Strömungsmittel berücksichtigt werden.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann das Strömungsmittel dazu ausgebildet sein, die Luft aus dem Raum in den Luftleitkanal einzusaugen. In diesem Fall wird somit die bereits im Raum befindliche Luft entfeuchtet und auf eine gewünschte Temperatur gebracht. Dies kann auch als Umluftbetrieb bezeichnet werden.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann das Strömungsmittel dazu ausgebildet sein, die Luft aus der Umgebung der Vorrichtung in den Luftleitkanal einzusaugen.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann die Vorrichtung frei von einem Heizelement für die Luft sein. Da die Erwärmung der Luft über das Strömungsmittel erfolgt, wird ein Heizelement nicht benötigt.
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Gleichwohl kann bei anderen Ausführungsformen ein Heizelement vorhanden sein. Dies kann insbesondere vorteilhaft sein, wenn das Strömungsmittel dazu ausgebildet ist, die Luft aus der Umgebung der Vorrichtung einzusaugen. Wenn die Luft eine sehr niedrige Temperatur aufweist, kann eine ausreichende Erwärmung mit dem Strömungsmittel unmöglich sein. In diesem Fall wird dennoch ein Heizelement benötigt.
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Beim Verfahren gemäß Anspruch 11 wird eine Strömung von Luft durch einen Luftleitkanal zu einer Ausströmöffnung mit einem Strömungsmittel verursacht. Die Luft wird im Luftleitkanal abgekühlt. Die Leistung des Strömungsmittels wird für einen konstanten Volumenstrom der Luft geregelt. Ein Strömungswiderstand für die Strömung wird in Abhängigkeit von einer Feuchtigkeit der Luft vor der Abkühlung verändert. Die Veränderung des Strömungswiderstands kann zusätzlich dazu auch in Abhängigkeit von der Temperatur der Luft vor der Abkühlung erfolgen.
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Bei Ausführungsformen des Verfahrens können einige oder alle Merkmale, die zuvor mit Bezug auf die Vorrichtung beschrieben wurden, vorgesehen sein.
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Weitere Merkmale und Vorteile von Ausführungsbeispielen der Erfindung werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen nachfolgend beschrieben. Dabei werden für gleiche oder ähnliche Teile und für Teile mit gleichen oder ähnlichen Funktionen dieselben Bezugszeichen verwendet. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung nach einer Ausführungsform der Erfindung, bei der das Widerstandsmittel stromabwärts vom Strömungsmittel angeordnet ist;
- 2 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung nach einer Ausführungsform der Erfindung, bei der das Widerstandsmittel stromaufwärts vom Strömungsmittel angeordnet ist; und
- 3 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung nach einer Ausführungsform der Erfindung, bei der ausschließlich Frischluft als Zuluft verwendet wird.
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Es ist nicht notwendig, dass eine erfindungsgemäße Vorrichtung alle nachfolgend beschriebenen Merkmale aufweist. Es ist auch möglich, dass eine erfindungsgemäße Vorrichtung nur einzelne Merkmale der nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiels aufweist.
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Die Vorrichtung in 1 umfasst einen Luftleitkanal 1, der einen Luftauslass eines Raums 8 mit einem Lufteinlass des Raums 8 verbindet. Der Raum 8 kann beispielsweise eine Lackierkabine sein. Im Luftleitkanal 1 ist ein Strömungsmittel 2 angeordnet, das dazu ausgebildet ist, eine Luftströmung im Luftleitkanal 1 in Richtung einer Ausströmöffnung zu verursachen. Die Ausströmöffnung des Luftleitkanals 1 ist dabei direkt an den Lufteinlass des Raums 8 angeschlossen.
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Außerdem ist im Luftleitkanal 1 ein Widerstandselement 3 angeordnet, das von einem Motor 4 von einem ersten Zustand in einen zweiten Zustand und umgekehrt überführt werden kann. Das Widerstandselement 3 und der Motor 4 bilden gemeinsam ein Widerstandsmittel. Im ersten Zustand weist das Widerstandselement 3 einen geringeren Strömungswiderstand für im Luftleitkanal 1 strömende Luft auf als im zweiten Zustand. Das Widerstandselement 3 ist dabei stromabwärts vom Strömungsmittel 2 angeordnet. Darunter wird im Rahmen dieser Beschreibung insbesondere verstanden, dass das Widerstandselement 3 in einem Bereich des Luftleitkanals 1 angeordnet ist, in den das Strömungsmittel 2 Luft hineindrückt.
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Die Vorrichtung umfasst eine Kühleinheit 5, die dazu ausgebildet ist, die Luft im Luftleitkanal 1 abzukühlen.
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In einer alternativen Ausführungsform kann das Widerstandselement 3 stromabwärts von der Kühleinheit 5 und stromaufwärts vom Strömungsmittel 2 angeordnet sein.
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Bevorzugt wird die Vorrichtung im Umluftbetrieb betrieben. Wahlweise kann über eine Frischluftzufuhr 6 Frischluft angesaugt werden. Über eine Luftabfuhr 7 kann Luft an eine Umgebung der Vorrichtung abgegeben werden.
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Im Betrieb ist die Vorrichtung dazu ausgebildet, Luft aus dem Raum 8 abzusaugen, der Luft Feuchtigkeit zu entziehen, sie auf eine gewünschte Temperatur zu bringen und danach wieder dem Raum 8 zuzuführen. Dies erfolgt dadurch, dass mittels des Strömungsmittels 2 eine Luftströmung durch den Luftleitkanal 1 in den Raum 8 verursacht wird. Die strömende Luft wird durch die Kühleinheit 5 abgekühlt, um ihr mittels Kondensation Feuchtigkeit zu entziehen.
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Um die Luft anschließend wieder auf die gewünschte Temperatur zu bringen, werden das Strömungsmittel 2 und das Widerstandselement 3 verwendet. Ein Regelungsmittel der Vorrichtung regelt die Leistung des Strömungsmittels 2, sodass ein konstanter Volumenstrom der Luft erreicht wird. Wenn die Luft erwärmt werden soll, überführt der Motor 4 das Widerstandselement 3 in den zweiten Zustand. Aufgrund des höheren Strömungswiderstands für die Luft wird die Leistung des Strömungsmittels 2 durch das Regelungsmittel erhöht. Aufgrund der höheren Leistung erfolgt ein größerer Wärmeeintrag in die Luft und damit ein Temperaturanstieg der Luft.
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Vorzugsweise kann das Widerstandselement 3 auch Zustände zwischen dem ersten und dem zweiten Zustand einnehmen. Beispielsweise kann das Widerstandselement 3 stufenlos zwischen dem ersten Zustand und dem zweiten Zustand verstellbar sein. So kann die aufgrund der Leistung des Strömungsmittels 2 in die Luft eingetragene Wärmeenergie angepasst werden, um die Luft auf die gewünschte Temperatur zu bringen.
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Die Kühleinheit 5 kühlt somit die Luft auf eine tiefere Temperatur als die gewünschte Temperatur, um sie ausreichend zu entfeuchten. Die gewünschte Temperatur wird durch eine Erwärmung mittels des Strömungsmittels 2 erreicht. Der Grad der Erwärmung wird durch den Zustand des Widerstandselements 3 in Kombination mit der Regelung der Leistung des Strömungsmittels 2 für einen konstanten Volumenstrom eingestellt.
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Da die Position des Widerstandselements 3 relativ zum Strömungsmittel 2 für die Funktionsweise der Erfindung von untergeordneter Bedeutung ist, kann das Widerstandselement 3 - wie in 2 dargestellt - auch stromaufwärts vom Strömungsmittel 2 angeordnet sein. Dies kann im Rahmen dieser Beschreibung insbesondere bedeuten, dass das Widerstandselement 3 in einem Bereich des Luftleitkanals 1 angeordnet ist, in dem Luft vom Strömungsmittel 2 angesaugt wird. Dabei bleibt das Funktionsprinzip gleich, dass ein Strömungswiderstand mittels des Widerstandselements 3 eingestellt wird, der in Kombination mit der Leistungsregelung des Strömungsmittels 2 eine ausreichende Erwärmung der Luft verursacht. Eine Entfeuchtung der Luft wird durch Kondensation erreicht, indem die Luft mittels der Kühleinheit 5 abgekühlt wird.
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Die in 3 dargestellte Vorrichtung unterscheidet sich im Wesentlichen von den Vorrichtungen aus den 1 und 2 dadurch, dass der Luftleitkanal 1 lediglich an seiner Ausströmöffnung mit dem Raum 8 verbunden ist. Das Strömungsmittel 2 saugt im Betrieb Frischluft über eine Frischluftzufuhr 9 an. Die Entfeuchtung und Erwärmung der Luft erfolgt dabei ähnlich oder gleich wie in Bezug auf die 1 und 2 ausgeführt.
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Grundsätzlich können die Kühleinheit 5, das Strömungsmittel 2 und das Widerstandselement 3 an unterschiedlichen Positionen im Luftleitkanal 1 angeordnet sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013207449 A1 [0002]
