DE2729862A1

DE2729862A1 - Vorrichtung zur waerme- und feuchtigkeitsuebertragung zwischen einem ersten und einem zweiten luftstrom

Info

Publication number: DE2729862A1
Application number: DE19772729862
Authority: DE
Inventors: Shigeru Mori; Yukio Nishihama; Yosio Sahara; Katsumi Sakitani
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 1976-07-08
Filing date: 1977-07-01
Publication date: 1978-01-12
Also published as: SE431908B; FR2357828B1; SE7707930L; CA1078820A; FR2357828A1; JPS536951A; DE2729862B2; DE2729862C3; SU976862A3; GB1551647A; JPS5818566B2

Description

HOFFMANN · EITLJE Λ PARTNER DR. ING. E. HOFFMANN (1930-197«) . DIPL-ING. W.EITlE · DR. RER. NAT. K. HOFFMANN · DIPL.-ING. W. LEHN

DIPl.-ING. K. FOCHSLE · DR. RER. NAT. B. HANSEN ARABELLASTRASSE 4 (STERNHAUS) · D-tOOO MÖNCHEN SI · TELEFON (089) 911087 · TELEX 05-29*1» (PATHE)

29 470 q/wa

DAIKIN KOGYO CO., LTD., OSAKA / JAPAN

Vorrichtung zur Wärme- und Feuchtigkeitsübertragung zwischen einem ersten und einem zweiten Luftstrom

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Wärme- und Feuchtigkeitsübertragung zwischen einem ersten und zweiten Luftstrom bzw. eine übertragungsvorrichtung, die einen Wärme- und Feuchtigkeitsaustausch zwischen zwei Luftströmen bewirkt.

Bislang sind zwei Arten von wärme- und feuchtigkeitsübertragenden Vorrichtungen bekannt. Die eine ist drehbar und die andere statisch und beide haben die Aufgabe, gleichzeitig einen Wärmeaustausch in bezug auf die latente und spürbare Wärme vorzunehmen, so dass Wärme mit einem hohen Wirkungsgrad rückgewonnen wird. Fig. 1 zeigt eine gewöhnlich verwendete Vorrichtung der drehbaren Bauart. Wie dargestellt, weist die

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übertragungseinrichtung 3 eine wärme- und feuchtigkeitsübertragende Matrix 4 auf, die durch rollenförmiges Aufwickeln von einer Schicht aus Asbestpapier, bestehend aus einem ebenen Teil und einem gewellten Teil, die beide mit einem feuchtigkeitsabsorbierenden Mittel getränkt sind, gebildet ist. Die Einrichtung 3 ist so angeordnet, dass sich die Matrix 4 durch eine Luftzuführpassage 1 und eine Luftablasspassage 2 dreht, wobei die Passagen durch eine Trennwand 11 voneinander getrennt sind, so dass eine obere und untere oder eine linke und rechte Passage gebildet wird. Ein Beispiel für eine drehbare übertragungseinrichtung ist in der US-PS 3 587 723 beschrieben. Dagegen zeigt Fig. 2 eine gewöhnlich verwendete wärme- und feuchtigkeit«übertragende Einrichtung der statischen Bauart, bestehend aus einer Vielzahl von gewellten Elemente 4a aus Asbestpapier, das mit einem feuchtigkeitsabsorbierenden Mittel imprägniert ist, und weiter aus einer Vielzahl von ebenen Elementen 4b aus dem gleichen Material wie die gewellten Elemente 4a, die ebenfalls mit dem gleichen feuchtigkeitsabsorbierenden Mittel imprägniert sind. Diese gewellten und ebenen Elemente 4a bzw. 4b sind so angeordnet, dass sie sich durch die beiden Luftpassagen erstrecken, indem sie zu einem vertikalen Stapel abwechselnd aufeinander geschichtet sind. Die Lagen aus gewellten Elementen 4a kreuzen sich senkrecht zueinander, wobei die gewellten Lagen mit ungerader Zahl in Verbindung mit der Luftzuführpassage 1 stehen, während die gewellten Lagen mit gerader Zahl Verbindung zu der Luftabiasspassage haben. Ein« Einrichtung dieser Art ist in der US-PS 3 666 007 beschrieben.

Es sei angenommen, dass zur Erwärmung eines Raumes während der Winterseit die wärme- und feuchtigkeitaübertragende Einrichtung 3 eingesetzt wird, um die Wärme aus der Rückluft RA

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von dem erwärmten Raum zurückzugewinnen, wobei die Rückluft RA als Abluft EA an die Atmosphäre abgegeben wird und die rückgewonnene Wärme der Aussenluft OA zugeführt wird, die in den Raum als Zuführluft SA eingeleitet wird. Wenn die Rückluft RA einen ungewöhnlich hohen Feuchtigkeitsgehalt aufweist oder wenn wie in dem psychrometrisehen Schaubild nach Fig. 4, die Aussenluft OA eine Temperatur von O⁰C und eine Feuchtigkeit von 75 % und die Rückluft RA aus dem erwärmten Raum eine Temperatur von 20°C und eine Feuchtigkeit von 75 % z.B. hat, dann schneidet die gerade Linie,.die die beiden Punkte miteinander verbindet, welche die Aussenluft und Rückluft im Diagramm wiedergeben, die Sättigungslinie bei einer relativen Feuchtigkeit von 100 % an einem Punkt A (17°C) und einem Punkt B (5°C). Wenn dies der Fall ist, bewegt sich die Rückluft RA nach unten längs der unterbrochenen Linie während der Abkühlung durch die übertragungseinrichtung 3 bis ihre Feuchtigkeit einen Wert von 100 % am Punkt A annimmt, wonach sie sich ausserhalb der Sättigungslinie bewegt. Die unterbrochene Linie schneidet die Sättigungslinie erneut am Punkt B. Die Rückluft wird als Abluft EA an die Atmosphäre abgegeben. Wenn diese Erscheinung auftritt, bildet sich an den Oberflächen der wärme- und feuchtigkeitsübertragenden Matrix 4 zwischen den Punkten A und B Tau, da die Feuchtigkeit der Rückluft RA mehr als 100 % in diesem Abschnitt der unterbrochenen Linie beträgt und die Feuchtigkeit in der Rückluft RA kondensiert. Die Bildung von Tau an den Oberflächen der Übertragungsmatrix 4 wird zu einem Ausfliessen des feuchtigkeitsabsorbierenden Mittels führen, wodurch die feuchtigkeitsabsorbierende Eigenschaft der Übertragungsmatrix 4 herabgesetzt wird.

Wenn andererseits die Rückluft RA eine übermässig hohe

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Feuchtigkeit und die Aussenluft OA eine extrem niedrige Temperatur aufweist oder wenn die Rückluft eine Temperatur von 20°C und eine Feuchtigkeit von 75 %, sowie die Aussenluft eine Temperatur von -20°C und eine Feuchtigkeit von 100 % z.B. haben, schneidet die gerade Linie, die die beiden Punkte miteinander verbindet, welche in dem in Fig. 5 gezeigten psychrometrischen Diagramm die Rückluft und Aussenluft wiedergeben, die Sättigungslinie bei einer relativen Luftfeuchtigkeit von 100 % an einem Punkt C (13°C) und einem Punkt D (-2O⁰C). Wenn daher die Rückluft RA durch die übertragungseinrichtung 3 abgekühlt wird, nimmt ihr Feuchtigkeitsgehalt einen Wert von mehr als 100 % bei einer Temperatur unter O⁰C an, so dass die Bildung von Frost an den Oberflächen der Ubertragungsmatrix 4 auftritt. Zusammen mit einer Erhöhung des Strömungswiderstandes in den Luftpassagen bedingt dies eine verringerte Wirksamkeit der übertragungseinrichtung 3.

Wie zuvor erwähnt, hat die wärme- und feuchtigkeitsübertragende Einrichtung 3 den Nachteil, dass sie nicht ohne Schwierigkeiten Wärme rückgewinnen kann, wenn die Rückluft RA aus dem erwärmten Raum und die von aussen zugeführte Aussenluft OA Temperaturen und Feuchtigkeitsgehalte aufweisen, bei denen die gerade Linie^die die beiden Punkte verbindet, welche die beiden Luftströme in einem psychrometrisehen Diagramm kennzeichnen, die Sättigungslinie schneidet, da zwischen diesen beiden Punkten die Bildung von Tau und Frost eintritt. Um eine solche Bildung von Tau und Frost zu vermeiden wurde schon, wie in Fig. 3 gezeigt, vorgeschlagen, einen Vorwärmer H in die Luftzuführpassage aufstromseitig von der übertragungseinrichtung 3 anzuordnen, um die Aussenluft OA entsprechend der ausgezogenen Linie in Fig. 4 und 5 vorzuwärmen und in eine vorgewärmte Aussenluft OA¹ zu bringen, die durch die übertragungseinrichtung 3 gelangt. In der übertragungseinrichtung 3

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wird die vorgewärmte Aussenluft OA¹ durch die aus der Rückluft RA rückgewonnene Härme weiter erhitzt und gelangt als Zuführluft SA in den zu erwärmenden Raum. Die Verwendung von einem Vorwärmer H hat jedoch den Nachteil, dass hiermit der Verbrauch von Strom, Gas oder einer anderen Heizenergie verbunden ist, wodurch die Betriebskosten ansteigen und die Steuerung des Betriebs mit Schwierigkeiten verbunden ist. Ein weiterer Nachteil ist der, dass die gesamten Produktionskosten für das System zunehmen.

Ein Ziel der Erfindung ist daher die Schaffung einer übertragungsvorrichtung für Wärme und Feuchtigkeit, bei der die Bildung von Tau und Frost an den Oberflächen der wärme- und feuchtigkeit silber tragenden Einrichtung verhindert wird, ohne dass hierbei der Einsatz zusätzlicher Heizenergie erforderlich ist.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer übertragungsvorrichtung der in Rede stehenden Art, die eine übertragung von Härme und Feuchtigkeit zwischen einem einem klimatisierten Raum zugeführten Luftstrom und einem von dem klimatisierten Raum rückkehrenden Luftstrom vornehmen kann, wobei die Aussenluft und die Rückluft unter Vornahme eines Wärmeaustausche zwischen den Strömen mittels eines wärmeübertragenden Medium· vorgewärmt bzw. vorgekühlt werden, bevor die Luft durch die wärme- und feuchtigkeitsübertragende Einrichtung gelangt, so dass die Bildung von Tau und Frost an den Oberflächen der übertragungseinrichtung verhindert wird.

Ein weiteres Ziel der Erfindung 1st die Schaffung einer übertragungsvorrichtung zur Wärme und Feuchtigkeit mit einem

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Wärmeübertragungssystem, das einen in der Luftzuführpassage angeordneten Wärmetauscher, einen in der Luftablasspassage angeordneten Wärmetauscher und eine Leitung aufweist, die die beiden Wärmetauscher unter Bildung eines geschlossenen Kreislaufes miteinander verbindet, so dass das Wärmeübertragungssystem eine Vorwärmung und Vorkühlung der Aussenluft bzw. Rückluft vornehmen kann.

Ein anderes Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer wärme- und feuchtigkeitsübertragenden Vorrichtung mit einem zweifachen Wärmeübertragungssystem, um den Wirkungsgrad der Wärmerückgewinnung im Vergleich zu einer in Rede stehenden Vorrichtung mit nur einem Wärmeübertragungssystem zu erhöhen.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer übertragungsvorrichtung für Wärme und Feuchtigkeit, bei der eine nicht verdampfende Flüssigkeit als wärmeübertragendes durch das Wärmeübertragungssystem zirkulierendes Medium verwendet wird, so dass das Wärmeübertragungssystem nicht so ausgelegt werden braucht, dass hohe Drücke ausgehalten werden, wodurch die Konstruktion des Systems vereinfacht werden kann.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer wärme- und feuchtigkeitsübertragenden Vorrichtung, bei der ein kondensierbares Gas, das bei Vornahme des Wärmeaustausches eine Zustandsänderung erfährt, als in dem Wärmeübertragungssystem zirkulierendes wärmeübertragendes Medium verwendet wird, so dass die latente Wärme des Wärmeübertragungsmediums zur Erhöhung des Wirkungsgrades der Wärmerückgewinnung ausgenutzt werden kann.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer

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übertragungsvorrichtung der in Rede stehenden Art, bei der der geschlossene Kreislauf des Wärmeübertragungssystems als Thermoumlauf ausgebildet ist, so dass das durch den geschlossenen Kreislauf zirkulierende Wärmeübertragungsmedium durch Schwerkraftwirkung fliessen kann und keine Antriebsleistung erforderlich ist.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer wärme- und feuchtigkeitsübertragenden Vorrichtung, bei der der geschlossene Kreislauf mit einer Einrichtung versehen ist, die das darin befindliche Wärmeübertragungsmedium in Zwangsumlauf versetzt, so dass die Wärmetauscher an irgendwelchen beliebigen Stellen angeordnet werden können und somit bezüglich ihren vertikalen Relativstellungen keine Beschränkungen vorliegen.

Ein anderes Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer wärme- und feuchtigkeitsübertragenden Vorrichtung, bei der das Wärmeübertragungssystem aus Wärmerohren besteht, wodurch sich der Aufbau des Systems- vereinfachen lässt und wobei das wärmeübertragende Medium ohne Vorsehen von Antriebsleistung durch das Wärmeübertragungssystem fliessen kann.

Ein anderes Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer wärme- und feuchtigkeitsübertragenden Vorrichtung, bei der ein Ein-Aus-Ventil im geschlossenen Kreislauf angeordnet ist, so dass das kondensierbare Gas nur dann durch den geschlossenen Kreislauf zirkuliert, wenn dies erforderlich ist, insbesondere wenn die Vorrichtung in heizender Weise eingesetzt wird.

Schliesslich ist es ein Ziel der Erfindung eine Vorrichtung

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zur übertragung von Wärme und Feuchtigkeit zu schaffen, die eine Einrichtung aufweist, um einen Teil der Rückluft zurück in den zu erwärmenden Raum und nicht als Abluft an die Atmosphäre bei Betriebsbeginn der in heizender Weise arbeitenden Vorrichtung zu führen, da im Anfangszustand die Temperatur der Rückluft nicht sehr hoch ist.

Zusammengefasst wird durch die Erfindung eine Vorrichtung für einen Wärme- und Feuchtigkeitsaustausch zwischen der Aussenluft und Rückluft geschaffen, die durch eine Luftzuführpassage und eine mit dem erwärmten Raum in Verbindung stehende Luftablasspassage strömen. Die Vorrichtung enthält eine wärme- und feuchtigkeitsübertragende Einrichtung, die in luftdichter Weise befestigt ist und sich in die Luftzuführpassage als auch Luftablasspassage erstreckt. Desweiteren ist ein Wärmeübertragungssystem mit einem geschlossenen Kreislauf, in dem ein Wärmeübertragungsmedium zirkuliert, und zwei Wärmetauschern vorgesehen, wobei jeweils ein Wärmetauscher in einer der beiden Luftpassagen aufstromseitig von der Übertragungseinrichtung angeordnet ist. Die übertragungseinrichtung enthält eine Übertragungsmatrix für die Wärme- und Feuchtigkeit, gebildet aus einem feuchtigkeitsabsorbierenden und wärmeleitenden Material, so dass zwischen der Rückluft und Aussenluft eine Überführung von Wärme und Feuchtigkeit vorgenommen werden kann. Das Wärmeübertragungssystem kühlt und wärmt die Rückluft bzw. Aussenluft vor, indem zwischen der Rückluft und der Aussenluft über das Wärmeübertragungsmedium ein Wärmeaustausch erfolgt, wodurch die Bildung von Tau und Frost an den Oberflächen der Übertragungsmatrix der übertragungseinrichtung verhindert wird.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand

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der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine teilweise weggebrochene perspektivische Ansicht von einer drehbaren für die erfindungsgemässe übertragungsvorrichtung verwendeten übertragungseinrichtung für Wärme und Feuchtigkeit,

Fig. 2 eine perspektivische schematische Ansicht der wesentlichen Teile von einer statischen übertragungseinrichtung für Wärme und Feuchtigkeit zur Verwendung bei einer erfindungsgemässen übertragungsvorrichtung,

Fig. 3 eine schematische Ansicht von einer bekannten wärme- und feuchtigkeit silber tragenden Vorrichtung,

Fig. 4+5 psychrometrische Schaubilder bezüglich des Zusammenhangs zwischen der Temperatur und der Feuchtigkeit der durch die in Fig. 3 gezeigte Vorrichtung strömenden Luft,

Fig. 6 eine schematische Ansicht von einem Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäss aufgebauten übertragungsvorrichtung für Wärme und Feuchtigkeit,

Fig. 7 eine schematische Ansicht von einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung»

Fig. 8 ein psychrometrisches Schaubild bezüglich des

Temperaturfeuchtigkeitsverlaufes bei dem in Fig. 6 gezeigten Ausführungsbeispiel,

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Fig. 9 ein Schaubild bezüglich des Zusammenhangs zwischen dem Vorwärmverhältnis und dem Gesamtwirkungsgrad der Wärmerückgewinnung,

Fig. 10 eine schematische Ansicht von einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 11 eine schematische Ansicht von noch einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung, und

Fig. 12 eine perspektivische, teilweise weggebrochene

Ansicht von dem in Fig. 6 gezeigten Ausführungsbeispiel.

Fig. 6 und 7 zeigen jeweils ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. In Fig. 6 ist eine Übertragungsaniage für Wärme und Feuchtigkeit gezeigt, die mit einer drehbaren wärme- und feuchtigkeitsübertragenden Vorrichtung 3 versehen ist und eine Luftzuführpassage 1 sowie eine unterhalb der Passage 1 angeordnete Luftabführpassage 2 aufweist. Die beiden Luftpassagen 1 und 2 sind durch eine in Fig. 12 gezeigte Trennwand 11 voneinander getrennt. Die drehbare wärme- und feuchtigkeitsübertragende Einrichtung 3 ist in luftdichter Weise gehalten und quer zu den beiden Luftpassagen 1 und 2 angeordnet. Die Übertragungsanlage weist ferner ein Wärmeübertragungssystem mit untereinander verbundenen Luftwärmetauschern 18 und 19 auf, so dass für das Wärmeübertragungsmedium ein geschlossener Kreislauf gebildet wird, durch den das Medium zwischen den beiden Wärmetauschern 18 und 19 zirkuliert.

Der Aufbau der wärme- und feuchtigkeitsübertragenden Vorrichtung 3 wird nachfolgend im Detail beschrieben. Wie in

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Fig. 1 gezeigt, weist die Vorrichtung 3 eine drehbare wärme- und feuchtigkeitsübertragende Matrix 4 auf, die quer zu den beiden Luftpassagen 1 und 2 drehbar angeordnet ist. Zur Drehung der Übertragungsmatrix 4 mit einer geringen Drehgeschwindigkeit von z.B. 10 Upm ist ein Motor 7 vorgesehen und eine Steuereinrichtung 8 dient der Steuerung der Drehbewegung des Motors Die übertragungsmatrix 4 weist einen scheibenförmigen luftdurchlässigen Körper 6 auf, der durch eine nicht gezeigte Welle drehbar gehalten und in einem Verkleidungsgehäuse 4c dergestalt angeordnet ist, dass seine gegenüberliegenden Enden zu den betreffenden im Verkleidungsgehäuse 4c ausgebildeten öffnungen zugewandt sind. Eine sich quer über den mittleren Teil des luftdurchlässigen Körpers 6 erstreckende Scheidedichtung 1O hält die Vorrichtung 3 so, dass der untere Teil des luftdurchlässigen Körpers 6 in der Luftauslasspassage 2 und der obere Teil des Körpers in der Luftzuführpassage 1, wie in Fig. 6 gezeigt, zu liegen kommt.

Nach Fig. 1 steht der luftdurchlässige Körper 6 mit dem Motor über einen Riemen 9 in Verbindung, der um den äusseren Itafang des Körpers 6 gelegt ist. Daher wird jeder beliebig ausgewählte Bereich des scheibenförmigen luftdurchlässigen Körpers 6 während einer halben Umdrehung des Körpers 6 in der Luftzuführpassage 1 und während der anderen halben Umdrehung in der Luftauslasspassage 2 angeordnet.

Der luftdurchlässige Körper 6 besteht aus einem flächigen Material mit Wärmeleifc- und Feuchtigkeitsabsorptionsvermögen, z.B. Asbestpapier, und ist so auf-gebaut, dass eine Honigwabenstruktur mit einer Vielzahl von Luftströmungspassagen vorliegt, die in Axialrichtung des luftdurchlässigen Körpers 6 ausgerichtet sind. Der luftdurchlässige Körper 6 kann z.B. ohne

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weiteres gebildet werden, indem eine Schicht aus Asbestpapier, bestehend aus einem ebenen Teil und einem gewellten Teil, zu einer Rollenform aufgewickelt wird. Dabei sind das ebene als auch gewellte Teil mit einem feuchtigkeitsabsorbierenden Mittel, z.B. Lithiumchlorid, imprägniert.

Die drehbare Vorrichtung 3 zur Übertragung von Wärme und Feuchtigkeit mit der vorgenannten Konstruktion ist in luftdichter Heise befestigt und quer zu den beiden Luftpassagen 1 und 2 gemäss Fig. 6 angeordnet. Das abstromseitige Ende der Luftzuführpassage 1 erstreckt sich über einen Wärmetauscher 12 einer nach dem Wärmepumpenprinzip arbeitenden Klimaanlage und über ein Fördergebläse 13 in einen Raum 14, während das aufstromseitige Ende der Luftauslasspassage 2 in den Raum über einen Tilter 15 mündet. Das aufstromseitige Ende der Luftzuführpassage 1 erstreckt sich über einen Filter 16 zur Atmosphäre und das abstromseitige Ende der Luftauslasspassage 2 über ein Auslassgebläse 17, ebenfalls in die Atmosphäre.

Der Motor 7 wird durch die Steuereinrichtung 8 gesteuert, die einen Relaiskreis aufweist, in dem ein Zeitglied, ein Relais und andere Steuermittel enthalten sind.Die Einrichtung 8 kann in ihrer Arbeitsweise manuell so eingestellt werden, dass sich der Motor 7 ohne weiteres von einer kontinuierlichen Drehung zu einem vollständigen Stillstand oder zu einer intermittierenden Drehung, wenn erwünscht umschalten lässt.

Der Aufbau des Wärmeübertragungssystems 5 wird nachfolgend beschrieben. Wie erwähnt sind die Luftwärmetauscher 18 und in der Luftzuführpassage 1 bzw. Luftauslasspassage 2 so angeordnet, dass sie an der Aufstromseite der übertragungsvorrichtung 3 zu liegen kommen. Auf diese Weise lässt sich ein

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Wärmeaustausch zwischen dem wärmeübertragenden Medium im Wärmetauscher und der Aussenluft OA, die in das System von der Atmosphäre eingeleitet wird, und zwischen dem wärmeübertragenden Medium und der Rückluft RA aus dem erwärmten Raum erzielen. Im Detail ist der Wärmetauscher 18 an einer Stelle angeordnet, die höher als die Anordnungsstelle des anderen Wärmetauschers 19 liegt. Die beiden Wärmetauscher 18 und 19 sind an ihren oberen Enden durch eine Rohrleitung 20 und an ihren unteren Enden durch eine Rohrleitung 21 miteinander verbunden, so dass ein geschlossener Kreislauf vorliegt, in den eine geeignete Menge von dem wärmeübertragenden Medium enthalten ist. Das Bezugszeichen 22 betrifft ein unter dem Wärmetauscher 19 angeordnetes Auffangbecken.

Das wärmeübertragende System 5 wird nur dann in Betrieb gesetzt, wenn der Raum 14 erwärmt werden soll. In diesem Fall kann der in der Luftzuführpassage 1 angeordnete Wärmetauscher 18 die Funktion von einem Radiator übernehmen, der die in das System eingeführte Aussenluft OA erwärmt, während der in der Luftauslasspassage 2 angeordnete Wärmetauscher 19 die Funktion von einem Wärmeaufnehmer hat, der die Wärme von der Rückluft RA aus dem erwärmten Raum 14 absorbiert.

Wenn «las wärmeübertragende Medium in dem geschlossenen Kreislauf in Richtung der in Fig. 6 durch ausgezogene Linien dargestellten Pfeile umläuft, erfährt es infolge des Wärmeaustausches mit der Rückluft RA eine Temperaturerhöhung unmittelbar bevor die Rückluft in die Wärme- und feuchtigkeitsübertragende Vorrichtung 3 strömt. Das wärmeübertragende Medium flieset durch die Rohrleitung 20 in den Wärmetauscher 18, wo zwischen dem erwärmten Übertragungsmedium ein Wärmeaustausch mit der Aussenluft OA stattfindet, unmittelbar bevor die Aussenluft in die

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wärme- und feuchtigkeitsübertragende Vorrichtung 3 gelangt, so dass die Aussenluft OA unter Abkühlung des wärmeübertragenden Mediums erwärmt wird. Durch zyklische Vornahme des vorgenannten Wärmeaustausches wird die Aussenluft OA vorgewärmt und in eine vorgewärmte Aussenluft OA' unmittelbar vor Einleitung in die wärme- und feuchtigkeitsübertragende Vorrichtung 3 gebracht.

Ein kondensierbares Gas, z.B. Chlordi fluorine than (R-22) ,oder eine nicht verdampfende nicht gefrierende Flüssigkeit, z.B. eine Lösung aus Kalziumchlorid, kann als wärmeübertragendes Medium, das in dem wärmeübertragenden System 5 umläuft, verwendet werden. Bei Verwendung einer nicht gefrierenden Flüssigkeit ist es jedoch unmöglich, die Flüssigkeit durch den geschlossenen Kreislauf durch Thermozirkulation in Umlauf zu bringen, so dass das Vorsehen einer Pumpe 23 zur zwangsmässigen Zirkulation des Mediums notwendig wird. Wenn andererseits ein kondensierbares Gas, z.B. Dichlordifluormethan (R-12), oder Chlordifluormethan (R-22), verwendet wird, versteht es sich, dass der Wärmetauscher 19 die Funktion von einem Verdampfer und der Wärmetauscher 18 die Funktion von einem Kondensor übernehmen kann, indem die Luftpassage für die Luft mit niedrigerer Temperatur oder die Luftzufuhrpassage 1 auf einem höheren Niveau als die Luftpassage für die Luft mit höherer Temperatur oder die Luftauslasspassage 2 angeordnet wird, damit der Wärmetauscher 18 auf einem höheren Niveau als der Wärmetauscher 19 zu liegen kommt. Durch diese Anordnung lässt sich ein Umlaufkreislauf für ein kondensierbares Gas schaffen, das durch Thermozirkulation unter Änderung seines Zustandes während der Zirkulation umläuft. Es versteht sich, dass das Wärmeübertragungssyetem 5 mit diesem Aufbau keine Energie erfordert, um das wärmeübertragende Medium im System in Umlauf zu halten.

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Wenn ferner eine nicht gefrierende Flüssigkeit als wärmeübertragendes Medium verwendet wird, braucht das wärmeübertragende System 5 keinen Aufbau zu haben, der hohe Drücke aushalten kann. Die Konstruktion des Systems lässt sich daher vereinfachen. Die Verwendung von einem kondensierbaren Gas als wärmeübertragendes Medium bietet den Vorteil,dass zum Umlauf des Mediums, wie zuvor erwähnt, keine Energie erforderlich ist. Da ferner das Vorsehen von einem kondensierbaren Gas die Ausnutzung der latenten Wärme möglich macht, ist der Unterschied zwischen der Temperatur, bei der das Medium kondensiert, und der Temperatur, bei der das Medium verdampft, gering. Dies bietet einen weiteren Vorteil, indem durch Vergrösserung des Unterschiedes zwischen der Temperatur der Rückluft RA und der Verdampfungstemperatur des Mediums und des Unterschiedes zwischen der Temperatur der Aussenluft OA und der Kondensationstemperatur des Mediums der Wirkungsgrad der Wärmegewinnung erhöht werden kann. Weiter versteht es sich, dass bei Verwendung eines kondensierbaren Gases als durch das System 5 umlaufendes wärmeübertragendes Medium der Gasumlauf nicht nur durch Thermozirkulation, wie in Fig. 6 gezeigt, sondern auch durch Zwangsumlauf unter Vorsehen einer Pumpe oder eines Kompressors erzielt werden kann. Wenn der Umlauf des kondensierbaren Mediums durch letztere Massnahme erfolgt, bestehen hinsichtlich der relativen Anordnungsstellen der beiden Wärmetauscher 18 und 19 keine Beschränkungen, was den Vorteil bietet, dass die Anorndung von Luftzuführpassage 1 und Luftauslasspassage 2 nach belieben vorgenommen werden kann.

Die Arbeitsweise der in Fig. 6 gezeigten Übertragungsanlage für Wärme und Feuchtigkeit wird in Verbindung mit dem Fall beschrieben, dass R-22 in dem Wärmeübertragungssystem 5 eingegeben ist und durch dieses System durch Thermoumlauf

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zirkuliert. Wenn der Raum 14 im Winter erwärmt werden soll, wird die Klimaanlage auf Heizbetrieb geschaltet, so dass die Zufuhrluft SA durch den wie ein Kondensor wirkenden Wärmetauscher 12 erwärmt wird. Die Ubertragungsmatrix 4 für Wärme und Feuchtigkeit der übertragungsvorrichtung 3 wird mit einer bestimmten Umdrehungszahl gedreht. Die Rückluft RA mit hoher Temperatur und hohem Feuchtigkeitsgehalt aus dem erwärmten Raum 14,wird durch den Filter 15 gefiltert und in Berührung mit dem Wärmetauscher 19 gebracht. Die Rückluft RA vollzieht einen Wärmeaustausch mit dem Kühlmittel R-22 im Wärmetauscher 19, was zur Folge hat, dass die Rückluft abkühlt und ihr Feuchtigkeitsgehalt verringert wird und die Rückluft zur vorgekühlten Rückluft RA¹ wird. Da die Temperatur des Kühlmittels geringer als der Taupunkt der Rückluft RA ist, wird der Feuchtigkeitsgehalt der Rückluft RA herabgesetzt. Die vorgekühlte Rückluft RA' strömt in die Hälfte der Ubertragungsmatrix 4, die in der Luftauslasspassage 2 angeordnet ist, wo die Feuchtigkeit und Wärme in der vorgekühlten Rückluft RA' durch den luftdurchlässigen Körper 6 absorbiert werden. Danach wird die Luft als Abluft EA zur Atmosphäre abgegeben. In der Zwischenzeit verdampft das Kühlmittel R-22 im Wärmetauscher 19 durch die Wärme der Rückluft RA und strömt in Gasform in den Wärmetauscher 18. Der Teil des luftdurchlässigen Körpers 6 der Ubertragungsmatrix 4 der die Wärme und Feuchtigkeit aus der Rückluft absorbiert hat, dreht sich in die Luftzufuhrpassage 1.

Die Aussenluft OA mit niedriger Temperatur und niedrigem Feuchtigkeitsgehalt wird durch den Filter 16 gefiltert und einem Wärmeaustausch mit dem in gasförmigem Zustand im Wärmetauscher 18 befindlichen Kühlmittel R-22 unterzogen, was zur Folge hat, dass sich die Aussenluft OA erwärmt und zur

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vorerwärmten Aussenluft OA' wird. Die vorgewärmte Aussenluft OA* strömt durch die Hälfte der Übertragungsmatrix 4, die sich in der Luftzuführpassage 1 befindet, so dass sie durch den luftdurchlässigen Körper 6 erwärmt wird und ihr Feuchtigkeitsgehalt zunimmt. Danach wird die Aussenluft OA auf eine bestimmte Temperatur im Wärmetauscher 12 vor Abgabe in den Raum 14 erwärmt. Zwischenzeitlich kondensiert das im gasförmigen Zustand im Wärmetauscher 18 befindliche Kühlmittel und geht in den flüssigen Zustand über. Das nunmehr flüssige Kühlmittel strömt aufgrund seines Eigengewichtes nach unten in den Wärmetauscher 19, der auf einem tieferen Höhenniveau als der Wärmetauscher 18 angeordnet ist. Der Teil des luftdurchlässigen Körpers 6, aus dem die Wärme und Feuchtigkeit von der Aussenluft OA absorbiert wurde, dreht sich in die Luftauslasspassage 2. Der vorgenannte Arbeitszyklus wiederholt sich, so dass die Wärme und Feuchtigkeit in der Rückluft kontinuierlich an die Aussenluft abgegeben werden. Der umfang der Vorkühlung und Vorerwärmung der Rückluft bzw. Aussenluft wird nachfolgend beschrieben. Bei Vornahme einer Kühlung während des Sommers arbeitet die Klimaanlage in kühlender Weise, so dass der Wärmetauscher 12 als Verdampfer wirkt und die Zuführluft SA kühlt. Die wärme- und feuchtigkeitsübertragende Matrix 4 der übertragungsvorrichtung 3 wird mit einer bestimmten Drehzahl gedreht. In diesem Fall hat die Aussenluft eine höhere Temperatur als die Rückluft, so dass in dem Wärmeübertragungssystem 5 keine Thermozlrkulation des Kühlmittels stattfindet. Daher wird das Wärmeübertragungssystem 5 unwirksam und findet die übertragung von Wärme zwischen der Rückluft und der Aussenluft durch Wirkung des Kühlmittels nicht statt. Da die Übertragungsmatrix 4 der wärme- und feuchtigkeitsübertragenden Vorrichtung 3 sich jedoch dreht, werden die Wärme und Feuchtigkeit in der Aussenluft von hoher Temperatur und hohem

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Feuchtigkeitsgehalt auf die Rückluft durch die übertragungsvorrichtung 3 überführt. Das heisst, die Aussenluft von hoher Temperatur und hohem Feuchtigkeitsgehalt wird gekühlt, wobei deren Feuchtigkeitsgehalt durch die Rückluft von relativ niedriger Temperatur und niedrigem Feuchtigkeitsgehalt herabgesetzt wird. Danach wird die Aussenluft auf eine bestimmte Temperatur durch den Wärmetauscher 12 vor Abgabe in den Raum 14 gekühlt. Unter den allgemeinen Temperatur- und Feuchtigkeitsverhältnissen bei Raumkühlung schneidet in diesem Fall die gerade Linie, die die Punkte, welche die Temperaturen und Feuchtigkeitsbedingungen der Aussenluft OA und der Rückluft RA in einem psychrometrisehen Diagramm miteinander verbindet, nicht die Sättigungslinie bei einer relativen Feuchtigkeit von 100 %, so dass in der wärme- und feuchtigkeitsübertragenden Vorrichtung 3 keine Taubildung eintritt. Daher entstehen selbst dann keine Probleme, wenn wie zuvor erwähnt das Wärmeübertragungssystem 5 ausser Betrieb gelangt.

In den Jahreszeiten zwischen Sommer und Winter braucht die Aussenluft nicht gekühlt oder erwärmt zu werden, so dass der Klimaanlage lediglich eine Ventilationswirkung zukommt. Daher ist es nicht notwendig, die Übertragungsmatrix 4 der wärme- und feuchtigkeitsübertragenden Vorrichtung 3 zu drehen. Wenn jedoch die wärme- und feuchtigkeitsübertragende Vorrichtung 3 abgeschaltet wird, kann eine Taubildung an den Oberflächen des luftdurchlässigen Körpers 6 oder ein anderes Problem auftreten. Daher ist es erwünscht, den Motorbetriebsregler 8 zu betätigen, so dass die Übertragungsmatrix 4 einige Minuten lang in Abständen von 30 bis 60 Minuten mit beispielsweise einer Drehzahl von 10 Upro oder weniger intermittierend gedreht wird. Hierdurch wird das Problem des Ausfliessens von

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feuchtigkeitsabsorbierendem Mittel aufgrund der Taubildung und die Verstopfung der Luftströmungspassagen mit Staub in der Übertragungsmatrix 4 ausgeschaltet. Die Wärmeausbeute, die bei einem Wärme- und Feuchtigkeitsübertragungsvorgang während der Winterzeit erhalten wird, wird nachfolgend diskutiert. Wenn die übertragungsvorrichtung 3, z.B. alleine an Orten mit grosser Kälte verwendet wird, kann die Feuchtigkeit in der Rückluft BA, aus der die Wärme gewonnen wird, die Bildung von Tau oder Frost in der übertragungsvorrichtung 3 und die damit verbundene Schwierigkeit hervorrufen, wenn die Rückluft RA einen abnorm hohen Feuchtigkeitsgehalt und die Aussenluft OA eine extrem niedrige Temperatur hat.

Bei der Erfindung werden das Wärmeübertragungssystem 5 mit den Wärmetauschern 18 und 19 in Verbindung mit der wärme- und feuchtigkeitsübertragenden Vorrichtung 3, wie zuvor erwähnt, eingesetzt. Wenn daher die übertragungsvorrichtung 3 und die Wärmetauscher 18 und 19 so ausgelegt werden, dass eine geeignete Wärmeaustauschkapazität vorliegt, kann die Bildung von Tau und Frost verhindert werden.

Insbesondere sollten die übertragungsvorrichtung 3 und die Wärmetauscher 18 und 19 so ausgelegt werden, dass die gerade Linie, die die Punkte verbindet,welche die Temperaturen und Feuchtigkeitsgehalte der vorgekühlten, durch das Vorkühlen der Rückluft RA aus dem Raum 14 durch den Wärmetauscher 19 erhaltenen Rückluft RA' und der vorerwärmten, durch die Vorwärmung der Aussenluft OA durch den Wärmetauscher 18 erhaltenen Aussenluft OA* wiedergeben, innseitig der Sättigungslinie liegen, vgl. Fig. 8. Hierdurch wird die Bildung von Tau und Frost verhindert. Dies 1st ein wesentliches Merkmal der Erfindung.

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Dieses Merkmal wird nachfolgend in Verbindung mit Fig. 6 , 8 und 9 im Detail beschrieben. Angenommen die Aussenluft OA hat eine Temperatur von -20°C und einen Feuchtigkeitsgehalt von 100 % und die Rückluft RA eine Temperatur von 20°C und einen Feuchtigkeitsgehalt von 75 %, dann ist zu erkennen, dass die gerade Linie, die die Punkte verbindet, welche die Temperaturen und Feuchtigkeitsgehalte der vorgewärmten Aussenluft OA' (die durch den Wärmetauscher 18 geht) mit einer Temperatur von -6°C und einer Feuchtigkeit von 35 % und der vorgekühlten Rückluft RA¹ (die durch den Wärmetauscher 19 geht) mit einer Temperaur von 13°C und einer Feuchtigkeit von 90 % auf dem psychrometrischen Schaubild nach Fig. 8 wiedergeben, nicht die Sättigungslinie bei einer relativen Luftfeuchtigkeit von 100 % schneidet. Das heisst, durch Auslegung des als Verdampfer wirkenden Wärmetauschers 19 dergestalt, dass seine Verdampfungstemperatur (Tc) über O⁰C liegt, wird die Rückluft RA von 20°C zur vorgekühlten Rückluft RA¹ mit 13°C, die auf einen höheren Temperaturbereich als die Verdampfungstemperatur (Tc) abgekühlt ist, und wird die Aussenluft OA von -20°C erwärmt und in die vorerwärmte Aussenluft OA¹ von -6°C durch den Wärmetauscher 18 umgewandelt, der als Kondensor mit einer Kondensationstemperatur wirkt, die im wesentlichen gleich der Verdampfungstemperatur (Tc) ist. Zwischenzeitlich wird die vorgekühlte Rückluft RA¹ von 13°C in der wärme- und feuchtigkeitsübertragenden Vorrichtung 3 weiter abgekühlt und in die Abluft EA von -1°C umgewandelt, die an die Atmosphäre abgegeben wird. Die vorerwärmte Aussenluft OA¹ von -6°C wird weiter in der wärme- und feuchtigkeitsübertragenden Vorrichtung 3 erwärmt und zurück in die Zuführluft SA von 8°C gewandelt, die in den Raum 14 eingeführt wird.

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Somit wandelt sich die Rückluft RA von 20°C in die Abluft EA von -1°C und wird der Wärmeunterschied zwischen der Rückluft RA und der Abluft EA durch das erfindungsgemässe System gewonnen. Die gewonnene Härme dient zur Erwärmung der Aussenluft von -20⁰C, die in die Zuführluft SA von 8⁰C umgewandelt und in den zu erwärmenden Raum 14 eingeführt wird. Daraus wird deutlich, dass das erfindungsgemässe System einen sehr hohen Wirkungsgrad hinsichtlich der Gewinnung und übertragung von Wärme aus einem Luftstrom auf den anderen hat.

Der Zustand der durch die übertragungsvorrichtung 3 zu diesem Zeitpunkt strömenden Luft wird nachfolgend diskutiert. Wie zu erkennen ist, schneidet die gerade Linie, die die Punkte verbindet, welche die vorgekühlte Rückluft RA', die Zuführluft SA, die Abluft EA und die vorgewärmte Aussenluft OA* in einem psychrometrischen Diagramm angeben, nicht die Sättigungslinie, vgl. Fig. 8.

Folglich versteht es sich, dass, wenn die übertragungsvorrichtung 3 in Verbindung mit dem Wärmeübertragungssystem 5 mit den Wärmetauschern 18 und 19 verwendet wird und wenn die Wärmetauscher 18 und 19 jeweils so ausgelegt sind, dass sie eine geeignete Wärmeaustauschkapazität aufweisen, es möglich ist, dass die übertragungsvorrichtung 3 normalerweise ohne Bildung von Tau und Frost an den Oberflächen der Übertragungsmatrix 4 selbst dann arbeitet, wenn die erfindungsgemässe Anlage unter Bedingungen eingesetzt wird, bei denen die Rückluft RA eine ungewöhnlich hohe Feuchtigkeit aufweist, während die Aussenluft OA eine extrem niedrige Temperatur hat, d.h. Verhältnisse vorliegen, unter denen die Bildung

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von Tau und Frost leicht eintreten kann.

Ein Vergleich der erfindungsgemässen Wärme- und Feuchtigkeitsübertragungsanlage, bei der das Wärmeübertragungssystem 5 mit der wärme- und feuchtigkeitsübertragenden Vorrichtung 3 kombiniert ist, mit einer konventionellen Anlage ■ bei der die in die übertragungsvorrichtung 3 eintretende Aussenluft durch eine elektrische Heizeinrichtung, einen Gasbrenner oder eine andere getrennte Heizquelle erwärmt wird, zeigt, dass die Verwendung des Wärmeübertragungssystems 5 zu einer höheren Wirksamkeit bei der Wärmegewinnung führt.

Insbesondere kann der Wirkungsgrad T) für die Gesamtwärmeausbeute der übertragungsvorrichtung 3 und des WärmeÜbertragungssystems 5 durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden:

η-

Darin bedeuten:

Δ1.: Wärmegewinn längs des Wärmeübertragungssystems 5; ϊ Wärmegewinn längs der übertragungsvorrichtung 3; · Enthalpyunterschied zwischen Rückluft RA und Aussenluft OA.

Eine Berechnung der Werte für ^i. und Ai₄ für das in Fig. 8 gezeigte psychrometrische Diagramm ergibt für Δ1

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ORIGINAL INSPECTED

4 =0,2. Wenn die wärme- und feuchtigkeitsübertragende Vorrichtung 3 so ausgelegt wird, dass sie bei einem Wirkungsgrad für die Wärmegewinnung von etwa 70 % arbeitet, dann ist

+ 0,7 (^i₄ - -Δ1 ) ■ » 0,2+0,7(1-2x0,2)

0,62

Andererseits lässt sich bei einer konventionellen Anlage mit Aussenerwärmung, bei der der Wärmegewinn ^i_n durch eine separate Wärmequelle, z.B. eine elektrische Heizeinrichtung oder einen Gasbrenner erhalten wird, der Wirkungsgrad ^¹ für die gesamte Wärmeausbeute gemäss dem psychrometrischen Diagramm nach Fig. 5 wie folgt berechnen:

, _{2 4 h} -η= - = — = 0,7 x(1- 0,2) = 0,61

Wenn auch hierbei ^l i.. / ΔΙ. = Δΐ_ =0,3 unter anderen

Temperatur- und Feuchtigkeitsbedingungen als den in Fig. 8 und 5 gezeigten ist, errechnet sich TJ =* 0,58 und X]' = 0,49.

Der Wirkungsgrad für die gesamte Wärmegewinnung ist in Fig. 9 über dem Vorwärmverhältnis Ai₁ / Ai₄ oder ^Mu aufgetragen.

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Dieses Vorwärmverhältnis wurde durch Änderung der Temperatur- und Feuchtigkeitsverhältnisse geändert. Beim erfIndungsgemässen System erfolgt die Vorwärmung der Aussenluft durch das Wärmeübertragungssystem,während bei der bekannten Anlage für die Vorwärmung der Aussenluft eine äussere Wärmequelle verwendet wird. Aus Fig. 9 geht deutlich hervor, dass T] > η'. Dies zeigt, dass die erf indungsgemässe Anlage hinsichtlich des Wirkungsgrades bei der gesamten Wärmegewinnung der bekannten Anlage überlegen ist, die eine separate Heizquelle, z.B. eine elektrische Heizeinrichtung oder einen Gasbrenner, verwendet. Darüber hinaus bietet die Erfindung den weiteren Vorteil, dass keine Energie für die Vorwärmung der Aussenluft aufgebracht werden muss.

Beispiel

An der erfindungsgemässen wärme- und feuchtigkeitsübertragenden Anlage wurden Versuche durchgeführt, um festzustellen_/ ob unter unterschiedlichen Bedingungen die Bildung von Tau und/oder Frost auftritt. Die Bedingungen,unter denen die Versuche durchgeführt wurden.sind folgende:

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Tabelle 1 Zustand der Aussenluft

Zustand der Rückluft RA

Anzahl an Reihen von Wärmetauschern 19 an der RA-Seite

Anzahl an Reihen von Wärmetauschern 18 an der OA-Seite

(1)	-30°C RH: 1OO%	20°C RH: 75 %	13 (286 mm)	6 (132	mm)
(2)	-20°C RH: 100%	20°C RH: 75 %	4 (88 mm)	4 (88	mm)
(3)	-20°C RH: 100%	15°C RH: 75 %	5 (110 mm)	3 (66	mm)

Bemerkung: In der vorgenannten Tabelle bedeutet RH die relative Luftfeuchtigkeit und beziehen sich die Werte in Klammern auf die Abmessungen der Wärmetauscher von der Vorder-zur Rückseite.

Die anderen Bedingungen waren wie folgt:

Anströmgeschwindigkeit der Wärmetauscher Luftdurchsatz durch die Wärmetauscher Anstromflache der Wärmetauscher Effektive Länge der Wärmetauschenden Rohre Durchmesser der wärmetauschenden Rohre Abstand der Rippen in den Wärmetauschern

3 m/s 1200 m³/h 0,11 m² 510 mm 95 mm 3 mm

Die unter den vorgenannten Bedingungen durchgeführten Versuche haben bestätigt, dass sich die Bildung von Tau und Frost vermeiden lässt, wenn die erfindungsgemässe wärme- und feuchtigkeitsübertragende Anlage unter den vorgenannten Bedingungen betrieben wird, vorausgesetzt, dass das Wärmeübertragungssyetern 5 so ausgelegt ist, dass die Wärmetauscher 18 und 19

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jeweils die in der Tabelle angegebene Anzahl an Reihen haben.

Desweiteren wurden Versuche ohne Verwendung der Wärmetauscher 18 und 19 durchgeführt, wenn die Rückluft RA eine Temperatur von 20°C und eine Feuchtigkeit von 75 % hatte. Wenn die Aussenluft OA eine Feuchtigkeit von 100 % und eine Temperatur unter 5°C, z.B.O⁰C aufwies, wurde festgestellt, dass die gerade Linie, die den Punkt der Rückluft RA mit einer Temperatur von 20°C und einer Feuchtigkeit von 75 % mit dem Punkt der Aussenluft OA mit einer Temperatur von O⁰C und einer Feuchtigkeit von 100 % verbindet, die Sättigungslinie bei einer relativen Feuchtigkeit von 100 % schneidet. Daher führt das Weglassen der Wärmetauscher 18 und 19 unter den vorgenannten Bedingungen zur Bildung von Tau und Frost in der übertragungsvorrichtung 3, so dass eine kontinuierliche Arbeitsweise der wärme- und feuchtigkeitsübertragenden Anlage nicht möglich ist.

Aus der vorausgehenden Beschreibung wird deutlich, dass die erfindungsgemässe wärme- und feuchtigkeitsübertragende Anlage einen Wärmegewinn mit einem hohen Wirkungsgrad ohne Bildung von Tau und/oder Frost in der übertragungsvorrichtung 3 ermöglicht. Andere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand von Fig. 7, 10 und 11 beschrieben.

Fig. 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die wärme- und feuchtigkeitsübertragende Vorrichtung 3 eine wärme- und feuchtigkeitsübertragende Matrix 4 statischer Bauart (vgl. Fig. 2) enthält und die beiden Wärmetauscher 18 und 19 zu einem unitären Wärmetauscher mit Thermoumlauf ausgebildet sind. Der unitäre Wärmetauscher weist wärmeaustauschende Rohre mit Rippen auf, die von dem äusseren Umfang der Rohre abstehen und

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aus Wänneröhren gebildet sind, bei denen es sich um luftdichte hohle gerade und an den gegenüberliegenden Enden geschlossene Rohre handelt. Die Wärmeröhren können vertikal geneigt oder horizontal angeordnet sein und quer zur Luftzuführpassage 1 und Luftablasspassage 2, die parallel dazu angeordnet ist, liegen.

Die Wärmerohre sind bekannte wärmeübertragende Einrichtungen, die jeweils ein geeignetes Kühlmittel enthalten, das durch Thermozirkulation zwischen dem oberen Endbereich und unteren Endbereich von jedem Rohr unter Änderung seines ZuStandes gleichmässig strömt. Das am unteren Endbereich von jedem Rohr im flüssigen Zustand befindliche Kühlmittel wird bei Erwärmung durch die Rückluft RA von hoher Temperatur in einen gasförmigen Zustand verdampft und strömt durch das hohle Rohr nach oben, so dass es die Wärme in die Aussenluft OA von niedriger Temperatur am oberen Endbereich des Rohres abgibt. Nach Wärmeabgabe gelangt das Kühlmittel wieder in den flüssigen Zustand und fliesst nach unten zum unteren Endbereich des Rohres. Es ist erwünscht, dass die wärmeaustauschenden Rohre, wie dargestellt, vertikal oder geneigt angeordnet werden. Für den Fall jedoch, dass die wärmeaustauschenden Rohre aufgrund der Anordnung der Luftzuführpassage 1 und der Luftablasspassage 2 horizontal angeordnet werden müssen, kann jedes Wärmerohr an seiner inneren Oberfläche mit einem Docht eines Aufbaus versehen sein, bei dem das wärmeübertragende Rohr eine Lage an der inneren Wand hat, die aus einem porösen Material gebildet ist, das eine Vielzahl von feinen kommunizierenden Passagen schafft. Durch diese Anordnung lässt sich das Innere von jedem Wärmerohr in eine Gaspassage und eine Flüssigkeitspassage aufteilen, so dass der Umlauf des Kühlmittels glatt stattfindet.

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Die wärme- und feuchtigkeitsübertragende Vorrichtung 3 hat einen Aufbau, der die bekannte statische und in Fig. 2 gezeigte und beschriebene Ubertragungsmatrix 4 aufweist. Diese Art einer übertragungsvorrichtung 3 ist vorteilhaft, da sie einen einfachen Aufbau hat und zum Betrieb keine Kraftquelle erfordert.

Das vorgenannte Wärme- und Feuchtigkeitsübertragungssystem bietet somit den Vorteil, dass zum Betrieb desselben keinerlei Energie erforderlich ist. Desweiteren ist es durch horizontale Anordnung des Wärmeübertragungssystems möglich, dieses sowohl während des Sommers als auch Winters in Betriebsbereitschaft zu halten. Insbesondere bietet dieses Ausführungsbeispiel der Erfindung den Vorteil, dass die Bildung von Tau in übermässigen Mengen in der wärme- und feuchtigkeitsübertragenden Matrix 4 durch Aussenluft OA von hoher Temperatur und hohem Feuchtigkeitsgehalt verhindert werden kann.

Fig. 10 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem in dem geschlossenen Kreislauf des Wärmeübertragungssystems 5 ein Ein-Aus-Ventil 24 angeordnet ist. In dem System 5 zirkuliert ein Wärmeübertragungsmedium durch Thermoumlauf verbunden mit einer Zustandsänderung oder durch Zwangsumlauf. Befindet sich das System nicht im Einsatz, wird das Ein-Aus-Ventil 24 geschlossen, so dass der Umlauf des Wärmeübertragungsmediums vollständig unterbunden wird. Das Vorsehen des Ein-Aus-Ventiles 24 verhindert daher einen unnötigen Betrieb der Anlage, indem der Umlauf des Wärmeübertragungsmediums unterbrochen wird, was zu dem weiteren Vorteil führt, dass der Wirkungsgrad bei der Wärmegewinnung der wärme- und feuchtigkeitsübertragenden Anlage erhöht wird.

Ein weiteres Merkmal des in Fig. 10 gezeigten Ausführungsbeispiels

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besteht darin, dass eine By-Pass-Klappe 25 in einem Teil der Trennwand 11 angeordnet ist, die die Luftzuführpassage 1 von der Luftablasspassage 2 trennt,und der in Berührung mit der vorgekühlten Rückluft RA¹ und Zuführluft SA steht. Die By-Pass-Klappe 25 bildet normalerweise einen Teil der Trennwand 11, doch erlaubt sie bei Öffnung, dass ein Teil der vorgekühlten Rückluft RA¹ in Form eines Nebenstromes aus der Luftablasspassage 2 zu einem Teil der Luftzuführpassage 1 strömen kann, wobei es sich um den Teil der Luftzuführpassage 1 handelt, der abstromseitig von der übertragungsvorrichtung 3 angeordnet ist.

Das Vorsehen der By-Pass-Klappe 25 bietet die folgenden Vorteile. Im anfänglichen Betriebszustand der in heizender Weise arbeitenden Klimaanlage wird der Raum nicht ausreichend erwärmt und ist die Temperatur der Rückluft RA so niedrig, dass die Temperatur des wänaeübertragenden Mediums im Wärmetauscher 18 nicht ausreichend hoch ist, um eine zufriedenstellende Arbeitsweise der wärme- und feuchtigkeitsübertragenden Matrix 4 zu ermöglichen. Unter diesen Umständen kann der Wärmetauscher 18 die Aussenluft OH von niedriger Temperatur nicht ausreichend vorwärmen. Wenn der vorgenannte abnormale Zustand vorliegt, wird die By-Pass-Klappe 25 betätigt, so dass ein Teil der vorgekühlten Rückluft RA¹ in Form eines Nebenstromes abfliessen und sich mit der Zuführluft SA verbinden kann, so dass die in den zu erwärmenden Raum eingeleitete Zuführluft SA hinsichtlich ihres Volumens erhöht wird. Durch diese Anordnung kann die Rückluft RA, die einen Wärmeaustausch mit dem Wärmeübertragungsmedium am Wärmetauscher 19 vornimmt, volumenmässig vergrössert werden, ohne dass das Volumen der Abluft EA materiell zunimmt. Dies ermöglicht es,

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die Temperatur des Wärmeübertragungsmediums rasch zu erhöhen. Somit lässt sich der Wirkungsgrad der Wärmerückgewinnung erhöhen und kann das Wärme- und Feuchtigkeitsübertragungssystem selbst dann zufriedenstellend arbeiten, wenn nicht normale Betriebsbedingungen vorliegen, da die Bildung von Tau und Frost in der wärme- und feuchtigkeitsübertragenden Vorrichtung 3 vermieden wird.

Fig. 11 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem die Wärmetauscher 18 und 19 jeweils in zwei Abschnitte aufgeteilt sind. Das heisst, es liegen Wärmetauscher 18 und vor, die als Wärmetauscher für die Niedertemperaturseite dienen, und Wärmetauscher 18* und 19', die als Wärmetauscher für die Seite mit höherer Temperatur dienen, wenn die Klimaanlage in heizender Weise arbeitet. Die Wärmeaustauschrohre der Wärmetauscher 18 und 19 sind an ihren oberen Enden durch eine Rohrleitung 20 und an ihren unteren Enden durch eine Rohrleitung 21 miteinander verbunden. Die Wärmeaustauschrohre der Wärmetauscher 18' und 19' sind an ihren oberen Enden durch eine Rohrleitung 20' und an ihren unteren Enden durch eine Rohrleitung 21' miteinander verbunden. Somit ist das Wärmeübertragungssystem nach diesem Ausführungsbeispiel als doppeltes Wärmeaustauschsystem ausgebildet, so dass der Wirkungsgrad bei der Wärmerückgewinnung gegenüber der wärme- und feuchtigkeitsübertragenden Anlage mit einem einzelnen Wärmeaustauschsystem vergrössert werden kann.

Die Bezugszeichen 23, 23* und 24, 24' betreffen druckabgebende Einrichtungen, d.h. Pumpen oder Kompressoren bzw. Ein-Aus-Ventile,die in den Rohrleitungen 21 bzw. 21' angeordnet sind.

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Wenn die erfindungsgemässe wärme- und feuchtigkeitsübertragende Anlage zur Ventilation von einer Gefrierkammer verwendet wird/ hat die Anlage Auswirkungen wenn die Aussenluft OA eine relativ hohe Temperatur hat. Wenn in diesem Fall die Anlage unter einer Bedingung betrieben wird, bei der die Rückluft RA, Abluft EA, Aussenluft OA und Zuführluft SA bei dem in Fig. 6 gezeigten Ausführungsbeispiel durch die Aussenluft OA, die Zuführluft SA, die Rückluft RA bzw. die Abluft EA ersetzt werden, dann ist es möglich, die Aussenluft von hoher Temperatur auf eine Kühlluft zur Vornahme der Ventilation abzukühlen.

Aus der vorausgehenden Beschreibung geht hervor, dass die erfindungsgemässe wärme- und feuchtigkeitsübertragende Anlage in Kombination aufweist eine wärme- und feuchtigkeitsübertragende Vorrichtung 3, die nicht nur die spürbare sondern auch latente Wärme ausnutzt, und ein Wärroeübertragungssystem 5 mit einem geschlossenen , zwei Wärmetauscher untereinander verbindenden Kreislauf. Die Wärmetauscher sind jeweils so ausgelegt, dass sie eine geeignete Wärmeaustauschkapazität ,wie in dem psychrometrisehen Diagramm dargestellt, haben, so dass die Anlage die Wegnahme von Wärme aus der Rückluft vom erwärmten Raum und die Zufuhr der frischen von der Atmosphäre zugeführten Aussenluft ermöglicht. Auf diese Weise kann eine Belüftung des gekühlten oder erwärmten Raumes in zufriedenstellender Weise unter Verwendung der von der Rückluft aus dem gekühlten oder erwärmten Raum weggenommenen Wärme vorgenommen werden. Das Vorsehen von zwei Wärmetauschern führt zu einer Arbeitsweise der wärme- und feuchtigkeitsübertragenden Anlage mit einem hohen Wirkungsgrad ohne Bildung von Tau

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und Frost selbst im Winter, wenn eine erhebliche Kälte vorliegt. Die erfindungsgemässe wärme- und feuchtigkeitsübertragende Anlage zeichnet sich durch einen grossen Bereich von niedrigen Temperaturen aus, bei denen sie Anwendung finden kann.

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Claims

HOFFMANN · EITLE «St PARTNER

PAT E N TAN WiLTK

DR. ING. E. HOFFMANN (1930-197«) · DIPL-ING. W.EITLE · DR. RER. NAT. K. HOFFMANN . DIPL.-ING. W. LEHN

DIPL.-ING. K. FOCHSLE · DR. RER. NAT. B. HANSEN 2."Z29.8.ß2

ARABELLASTRASSE 4 (STERNHAUS) · D-8000 MÖNCHEN 81 · TELEFON (089) 911087 · ΤΕΙΕχ4ί-»6»(ΗτΗΕΥ ^fc

29 470 q/wa

DAIKIN KOGYO CO., LTD., OSAKA / JAPAN

Vorrichtung zur Wärme- und Feuchtigkeitsübertragung zwischen einem ersten und einem zweiten Luftstrom

PATENTANSPRÜCHE

Vorrichtung zur Wärme- und Feuchtigkeitsübertragung zwischen einem ersten und einem zweiten Luftstrom, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:

eine erste Leitung (1) für den ersten Luftstrom; eine zweite Leitung (2) für den zweiten Luftstrom;

eine wärme-und feuchtigkeitsübertragende Einrichtung (3) mit einer Vielzahl von endseitig offenen Luftpassagen, die durch ein feuchtigkeitsabsorbierendes und wärmeleitendes Material gebildet sind, wobei ein erster Satz von diesen Luftpassagen in der ersten Leitung (1) zum Durchgang des ersten Luftstromes und ein zweiter Satz von diesen Luftpassagen in der zweiten Leitung (2) zum Durchgang des zweiten Luftstromes angeordnet ist; und

ein Wärmeübertragungssystem (5) mit einer ersten wärmeaustauschenden Einrichtung (18), die in der ersten Leitung (1)

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ORIGINAL INSPECTED

aufstromseitig der übertragungseinrichtung (3) zum Wärmeaustausch zwischen dem ersten Luftstrom und einem wärmeübertragenden Medium angeordnet ist, einer zweiten wärmeaustauschenden Einrichtung (19), die in der zweiten Leitung aufstromseitig der übertragungseinrichtung (3) zum Wärmeaustausch zwischen dem zweiten Luftstrom und dem wärmeübertragenden Medium angeordnet ist, und einer dritten Leitung (20, 21), die die erste und zweite wärmeaustauschende Einrichtung miteinander verbindet und einen geschlossenen Kreislauf für das wärmeübertragende Medium bildet.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein weiteres wärmeübertragendes System mit einer dritten wärmeaustauschenden Einrichtung (18¹), die in der ersten Leitung (1) aufstromseitig von der ersten wärmeaustauschenden Einrichtung (18) zum Wärmeaustausch zwischen dem ersten Luftstrom und dem Wärmeübertragungsmedium angeordnet ist, einer vierten wärmeaustauschenden Einrichtung (19')» die in der zweiten Leitung (2) zwischen der zweiten wärmeaustauschenden Einrichtung (19) und der wärme- und feuchtigkeitsübertragenden Einrichtung (3) zum Wärmeaustausch zwischen dem zweiten Luftstrom und dem wärmeübertragenden Medium angeordnet ist, und einer vierten Leitung (20', 21'), die einen geschlossenen Kreislauf für das wärmeübertragende Medium in Verbindung mit der dritten und vierten wärmeaustauschenden Einrichtung bildet.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das im Wärmeübertragungssystem (5) umlaufende wärmeübertragende Medium eine nicht verdampfende Flüssigkeit ist;und dass das Wärmeübertragungssystem eine Einrichtung (23) enthält, um die Flüssigkeit in Zwangsumlauf zu versetzen.

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4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das wärmeübertragende Medium ein kondensierbares Gas ist, welches unter Änderung seines Zustandes wärmeübertragende Eigenschaft hat.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das wärmeübertragende System (5) eine Vielzahl von Wärmerohren aufweist, wobei ein Teil von jedem Wärmerohr sich in die erste Luftleitung (1) erstreckt und als erste wärmeaustauschende Einrichtung wirkt, ein anderer Teil von jedem wärmeleitenden Rohr sich in die zweite Luftleitung (2) erstreckt und als zweite wärmeaustauschende Einrichtung wirkt, und noch ein anderer Teil von jedem Wärmerohr zwischen dem einen Bereich und dem anderen Bereich angeordnet ist und die dritte Leitung bildet.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine der beiden wärmeaustauschenden Einrichtungen (18, 19), die in Berührung mit einem der Luftströme von höherer Temperatur steht, auf einem höheren Niveau als die andere wärmeaustauschende Einrichtung angeordnet ist, die in Berührung mit dem anderen Luftstrom von niedrigerer Temperatur steht, so dass das kondensier bare Gas durch Therxnozirkulation umlaufen kann.
7. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das wärmeübertragende System (5) eine Einrichtung (23) aufweist, um das kondensierbare Gas in Zwangsumlauf zu setzen.
8. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das wärmeübertragende System (5) ein Ein-Aos-Ventil

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(24) aufweist, so dass das kondensierbare Gas nur dann zirkuliert wenn es erforderlich ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das wärmeübertragende System (5) ein Ein-Aus-Ventil (24) enthält, so dass das kondensierbare Gas nur dann zirkuliert, wenn es erforderlich ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (25) zum Abführen eines Teils des zweiten Luftstromes, so dass dieser Teil in Form eines Nebenstromes zwischen der wärme- und feuchtigskeitsübertragenden Einrichtung (3) und der zweiten wärmeaustauschenden Einrichtung (19) in dem ersten Luftstrom abstromseitig der wärme- und feuchtigkeitsübertragenden Einrichtung (3) fliesst.
11. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Luftstrom Aussenluft von niedriger Temperatur und der zweite Luftstrom aus dem erwärmten Raum zurückgeführte Rückluft ist, und dass das wärmeübertragende System (5) so ausgelegt ist, dass die erste wärmeaustauschende Einrichtung (18) vorwärmend auf die Aussenluft bis zu einem bestimmten ersten Zustand (OA') einwirkt, die zweite wärmeaustauschende Einrichtung (19) vorkühlend auf die Rückluft bis zu einem bestimmten zweiten Zustand (RA¹) einwirkt und die gerade Linie, die die Punkte verbindet, welche den ersten Zustand (OA') und den zweiten Zustand (RA¹) in einem paychrometriechen Diagramm wiedergeben, innseitig der Sättigungslinie liegt.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch ein weiteres wärmeübertragendes System mit einer dritten

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wärmeaustauschenden Einrichtung (18*)» die in der ersten Leitung (1) aufstromseitig von der ersten wärmeaustauschenden Einrichtung (18) zum Wärmeaustausch zwischen dem ersten Luftstrom und dem wärmeübertragenden Medium angeordnet ist, einer vierten wärmeaustauschenden Einrichtung (19'), die in der zweiten Leitung (2) zwischen der zweiten wärmeaustauschenden Einrichtung (19) und der wärme- und feuchtigkeitsübertragenden Einrichtung (3) zum Wärmeaustausch zwischen dem zweiten Luftstrom und dem wärmeübertragenden Medium angeordnet ist,und einer vierten Leitung (20*, 21'), die zusammen mit der dritten und vierten wärmeaustauschenden Einrichtung einen geschlossenen Kreislauf für das wärmeübertragende Medium bildet.
13. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das im wärmeübertragenden System (5) zirkulierende wärmeübertragende Medium eine nicht verdampfende Flüssigkeit ist und das wärmeübertragende System eine Einrichtung (23) enthält, die die Flüssigkeit in Zwangsumlauf versetzt.
14. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das wärmeübertragende Medium ein kondensierbares Gas ist, das unter Änderung seines Zustandes wärmeübertragende Eigenschaft besitzt.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das wärmeübertragende System (5) eine Vielzahl von Wärmerohren aufweist, wobei ein Teil von jedem Wärmerohr sich in die erste Luftleitung (1) erstreckt und als erste wärmeaustauschende Einrichtung wirkt, ein anderer Teil von jedem Wärmerohr sich in die zweite Leitung (2) erstreckt und

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als zweite wärmeaustauschende Einrichtung wirkt, und noch ein anderer Teil von jedem Wärmerohr zwischen dem einen Bereich und dem anderen angeordnet ist und die dritte Leitung bildet.
16. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeich net, dass die zweite wärmeaustauschende Einrichtung, die in Berührung mit der Rückluft von höherer Temperatur steht, auf einem höheren Niveau angeordnet ist als die erste wärmeaustauschende Einrichtung, die in Berührung mit der Aussenluft von niedrigerer Temperatur steht, so dass das kondensierbare Gas durch Thermozirkulation umlaufen kann.
17. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeich net, dass das wärmeübertragende System (5) eine Einrichtung (23) enthält, um das kondensierbare Gas in Zwangsumlauf zu versetzen.
18. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeich net, dass das wärmeübertragende System (5) ein Ein-Aus-Ventil (24) enthält, so dass das kondensierbare Gas nur dann zirkulier^wenn es erforderlich ist.
19. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeich net, dass das wärmeübertragende System (5) ein Ein-Aus-Ventil (24) enthält, so dass das kondensierbare Gas nur dann zirkuliert, wenn es erforderlich ist.
20. Vorrichtung nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (25) zur Abführung eines Teils des zweiten Luftstromes, so dass dieser Teil in Form eines Nebenstromes zwischen der wärme- und feuchtigkeitsübertragenden Einrichtung (3) und der zweiten wärmeaustauschenden Einrichtung (19) in den ersten Luftstrom abstromseitig von der wärme- und feuchtigkeitsübertragenden Einrichtung fliesst.

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