DE2806082A1

DE2806082A1 - Einrichtung zur klimatisierung von raeumen mit hohen inneren waermequellen

Info

Publication number: DE2806082A1
Application number: DE19782806082
Authority: DE
Inventors: H U Dr Amberg
Original assignee: KARL WEISS GmbH
Current assignee: KARL WEISS GmbH
Priority date: 1978-02-14
Filing date: 1978-02-14
Publication date: 1979-08-16
Also published as: DE2806082C2

Description

Dipl.-lnq. G. SchliebS ⁶¹ Darmstadt Claudiusweg 17A

Patentanwalt Telefon (06151) 46753

Postscheckkonto: Frankfurt a. M. 111157-606 Bankverbindung: Deutsche Bank AG., Darmstadt

Konto-Nr. 461 434 Γ Patentanwalt Dipr.-Ing. Schliebs, Claudiusweg 17A, 61 Darmstadt 1 Telegramme: inventron

An das

Deutsche Paterrfcamt

Zweibrückenstraße 12

München 2

L .J

Ihr Zeichen Ihr Schreiben Mein Zeichen W 1 37 hl Tag \ 3 2.

Betrifft: fat ent- TjwwUflaJMiiiii-tiihminwiniiiwhiMcanmeldung Anmelder: Firma Karl Weiss - -J₁ ,8.a /

D 6301 Reiskirchen 3

Einrichtung zur Klimatisierung von Räumen mit hohen inneren Wärmequellen

Die Erfindung "betrifft eine Einrichtung zur Klimatisierung von Räumen mit hohen inneren Wärmequellen wie Maschinen bzw. elektrische Geräte, ZoB. Meßwarten, Fernmelderäume, Labors oder Maschinensäle, in denen bei hoher Y/ärmeabgabe die Raumtemperatur mit Rücksicht auf elektronische Geräte sowohl einen bestimmten Grenzwert nicht überschreiten als auch nur in einem schmalen Temperaturband schwanken darf. Mitunter ist zusätzlich die absolute Luftfeuchte in bestimmten Grenzen zu halten.

Herkömmliche Belüftungs- und Klimaanlagen für Maschinenräume bestehen aus Kasten- oder Schrankklimageräten (mit waagerechter bzw<> senkrechter Luftführung im Gerät von unten nach oben) mit entsprechenden Zu- und Abluftkanälen. Bei den hier in Präge kommenden Xuftvolumenströmen von etwa 3.000 bis 20.000 rs?/h. werden die Geräte als Split-Geräte ausgeführt, bei denen der luftgekühlte

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Für das Auftragsverhaltnis gilt die Gebührenordnung der Deutschen Patentanwaltskammer · Gerichtsstand für Leistung und Zahlung: Darmstadt

Gespräche am Fernsprecher haben keine rechtsverbindliche Wirkung!

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Kondensator im Freien aufgestellt und mit Kältemittelleitungen, die auf der Baustelle zu verlegen sind, mit dem eigentlichen Klimagerät im Innenraum verbunden wird.

Andererseits vereinigen Fensterklimageräte den luftgekühlten Kondensator des Kältemittelkreislaufes sowie den Verdampfer und Umluftventilator sowie die gesamte elektrische Ausrüstung und Kältemittelverrohrung in einem kompakten Gerät; sie werden jedoch bisher nur für Luftvolumenströme bis etwa 1.500 nr/h als kompakte Einheiten hergestellt. Ferner arbeiten Fensterklimageräte in intermittierendem Betrieb mit erheblichen Schwankungen in der Zulufttemperatur, die für empfindliche elektronische Geräte häufig nicht verträglich sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung, bestehend aus einem Umluftgerät und einem Außenluftgerät mit luftgekühltem Kondensator im Kältemittelkreislauf in Kompaktbauweise und ggf. Lufteinlaß- und -auslaßkanälen so auszubilden, daß der Montageaufwand vor Ort auf ein LIinimum reduziert wird und die überschüssige Wärme mit möglichst kleinen Luftvolumenströmen abgeführt werden kann, - zwei Forderungen, die sich zunächst widersprechen. Außerdem soll der Istwert der Zuluft temperatur möglichst wenig schwanken.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht erfindungsgemäß darin, daß die Luftführung im Umluftgerät abwärts gerichtet ist. Eine Belüftung des Raumes mit Luftauslässen unten und Luftabsaugung über den wärmeabgebenden Geräten unterstützt den natürlichen Luftauftrieb in und an den elektronischen Geräten. Ein Teil der abgegebenen Wärme wird in dieser thermischen Strömung direkt zu den Abluftkanälen geführt, ohne den Raum selbst aufzuheizen. Hierdurch kann eine bestimmte abgegebene Wärmemenge Q₁ mit einem

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kleineren Luftvolumenstroin abgeführt weiden als "bei umgekehrter luftströmung, da die zulässige Temperaturdifferenz zwischen Lufteinlaß in den Raum und Luftabsaugung größer wird." Die Abluft temperatur iab um einige Grad höher als die Raumluft temperatur, im Unterschied zu reiner turbulenter Raumbelüftung, bei Jer üblicherweise die Raumtemperatur gleich der Ablufttemperatur ist.

Die Erfindung erlaubt die Aufstellung werkstafcbfertiger Geräte in Kompaktbauweise mit gekapseltem Kältemittelkreislauf auch für große Kühlleistungen, die Luft volumenströme über 3.000 m /h erfordern.

Bei Großgeräten ist es bekannt, zwischen der Druckseite des Kompressors und dem Eingang des Verdampfevs einen Heißgas-Bypass zu legen, der die Zulufttemperatur bei Teillastbetrieb auf einen Minimalwert begrenzt. Hierdurch wird die bei geringerer Y/ärmelast fehlende Wärmeleistung aus dem Kältekreislauf im Verdampfer durch das Heißgas simuliert. Der Kompressor kann auch im Teillastbetrieb weiterlaufen, wodurch die häufige und bei größeren Geräten schädliche Ei:a-Aus~3chaltung des Kältekompressors vermieden wird·

In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß in der Saugleitung vom Verdampfer zum Kompressor ein Saugdrosselventil angeordnet ist, das von einem die Abwei-. chung der Zuluft temperatur von einem vorgegebenen Sollwert auswertenden Regler gestellt wird, und daß das Heißgas-Bypass-Ventil von dem Druck in der Saugleitung gestellt wird.

Die Beigabe des Heißgases am Kältemittelverteiler in Strömungsrichtung vor dem Verdampfer vermeidet die

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Überhitzung dea Kompressors, die bei direkter Beigabe des Heißgases auf dec Saugseite des Konpressors üblicherweise entsteht ο DaB Heißgas kühlt sich bei der Einspritzung in den Verdampfer an dessen großen Tauscherflachen soweit ab, daß e3 die Saugseite des Korapressors nicht mehr schädlich beeinflussen kann. Ein weiteres thermisches STachspritzventil ist nicht erforderlich.

Bauliche Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der weiteren Unteranspräche.

Die Erfindung wird im folgenden an Ausführungsbeispielen näher erläutert, die in der Zeichnung schematisch dargestellt sind ο In dieser zeigen

Pig. 1 ein Kompakt-Klimagerät in der Ausführung mit rechts angesetztem Außenluftteil;

Pig. 2 ein Koinpakt-Klimagerät in der Ausführung mit

links angesetztem Außenluft teil;

Pig. 3 einen Schnitt durch das Umluftgerät längs der linie III-III in Fig. 1;

Pig. 4 einen Schnitt durch das Außenluftgerät längs der Linie IV-IV in Fig. 1;

Fig. 5 einen Schnitt gemäß Pig» 3 und durch verschiedene Auf- und Untersätze für das Umluftgerät;

Pigo 6 einen Schnitt gemäß Pigo 4 mit Aufsätzen für das Außenluftgerät j

Pig. 7 ein Schaltbild für den Kältemittelkreislauf.

Fig. 8 ein Schaltbild für einen vereinfachten Kältemi ttelkreislauf.

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Figo 1 Ms 4 zeigen ein Xompakt-Klimagerät als das Kernstück der im Baukastensystem aufgebauten Einrichtung ohne Auf- und Untersätze.

Die Raumluft wird im Umluftgerät 10 von oben über den Umluftfilter 1 angesaugt und über dem Verdampfer 2 eines Kältemittelkreislaufs sowie über eine Elektroheizung 3 geführt. Der Umluftventilator 4 mit Antriebsmotor 5 bläst die gekühlte oder geheizte Luft nach unten aus.

Wahlweise kann zwischen Verdampfer 2 und Heizung 3 ein 1Q (nicht dargestellter) Befeuchter eingesetzt werden.

Der Kompressor 6 als wesentliches Bauteil des Kältekreislaufs ist mit im Umluftgerät 10 eingebaut. Hierdurch kann das Außenluftgerät 20 rechts oder links am Umluftgerät 10 angebaut werden (Fig. 1 bzw. 2). In Sonderfällen kann das Außenluftgerät auch in Splitausführung einen eigenen, separaten Aufstellungsort erhalten.

Im Außenluftgerät 20 wird die hinten durch die öffnung 21 angesaugte Luft über den Kondensator 22 des Kältemittelkreislaufs geführt und vom Kondensatorlüfter 23 nach oben ausgeblasen. Oben wird der in Fig. 6 gezeigte und weiter unten beschriebene Aufsatz zur Führung der Kondensatorfortluft nach hinten und außen aufgesetzt.

Eine verstellbare Klappe 25 in der Trennwand zwischen Außenluft- und Umluftgerät erlaubt die Einstellung des gewünschten Außenluftanteils für den Innenraum.

Als wesentliche Merkmale der erfindungsgemäßen Einrichtung sind aus Fig. 1 erkennbar:

Aufstellung eines kompakten, in der Werkstatt verdrahteten

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und verrohrten und auf dem Prüfstand auf Dichtheit und leistung geprüften Kompaktgerätes im zu klimatisierenden Raum j

Luftführung der Umluft von oben nach unten im Gerät, damit ohne Einsatz von vielen Kanälen die luft im Raum von unten nach oben thermikunterstützend strömen kann.

Die Aufstellung des Kompaktgerätes erfolgt im Innenraum an einer Außenwand, so daß die zur Rückkühlung des Kondensators 22 erforderliche Außenluft direkt durch, einen Wanddurchbruch angesaugt werden kann und oben wieder ausgeblasen wird. Der Montageaufwand vor Ort ist auf ein Minimum reduziert, wodurch sich das Gerät insbesondere für den Einsatz auf Auslandbaustellen eignet.

TJm die Aufstellung in schmalen Gängen zu ermöglichen, ist die Bautiefe des Kompaktgerätes so klein wie möglich gehalten.

Wenn das Gerät nicht unmittelbar oder über kurze Stichkanäle an Innen- bzw. Außenraum angeschlossen wird, bestehen verschiedene Möglichkeiten der Erweiterung nach dem Baukastensystem mit Auf- und Untersätzen.

Pig. 5 zeigt Beispiele für Aufsätze und Untersätze für das Umluftgerät 10. Es bestehen folgende Möglichkeiten:

1. Schalldämpferaufsatz 11 zur Dämpfung des Iüftergeräusches im Raum als Zwischenglied zu einem Direktansaug- oder Abluftkanal;

2. Quelluftauslaßkasten 12 mit eingebautem Schalldämpfer 16 zur zugfreien luftverteilung im Raum mit

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niedriger Ausblasgeschwindigkeit und Dämpfung des Lüftergeräusches, ein Zuluftfilter 15 dient zugleich als Luftgleichrichter;

3. Quelluftauslaßkasten 13, jedoch ohne Schalldämpfer-

einbauten für Räume, die unbesetzt sind und in denen ein höherer Schallpegel nicht störend wirkt, der Zuluftfilter 15 dient gleichzeitig als Luftgleichrichter;

4. alternativ erhält der Au3laßkasten 12 bzw. 13 verstellbare Schlitzauslässe oder Düsenlochplatten, mit denen eine größere Eindringtiefe der Luftströmung in den Raum zur Wärmequelle erzielt wird unter Verzicht auf die zugfreie Belüftung;

5. Einblas in einen Doppelboden 17 über einen Zuluftfilterkasten 14- zur Erzielung einer Luftführung im Raum von unten nach oben, wie sie bei Computer-Häumen gebräuchlich ist, über einen Zuluftfilterkasten.

Die Untersätze erstrecken sich vorzugsweise über die volle Breite des gesamten Gerätes, d.h. auch unter dem Außenluft gerät 20.

Der Zuluftfilter kann als Peinfilter Klasse B 2/C oder als Feinstfilter Klasse C ausgeführt sein.

Pig. 6 zeigt Beispiele für Aufsätze auf das Außenluftgerät 20. Es bestehen folgende Möglichkeiten:

1. Schalldämpferaufsatz 26 zur Dämpfung des Kondensatorlüftergeräusches und Senkung des Außenschallpegels, mit Anschluß über einen Ausblaskasten 27 an den Kondensatorluftauslaß mit Wetterschutzgitter 28 in der Außenwand 29;

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2. Ausblaskasten 27 ohne Schalldämpfer mit direktem Anschluß an den Kondensatorluftauslaß, mit Wetterschutzgitter 28 zum Umsatz bei höheren zulässigen Außenschallpegeln.

c Das Außenluftgerät besitzt keinen separaten Untersatz, so daß der Raun unter ihm in jedem Fall für die beschriebenen Auslässe des Umluftgerätes zur Verfügung steht.

Als wesentliches Merkmal ist die elektrische Ausrüstung komplett im Kompaktgerät integriert und vorzugsweise als Schaltschrank 24 (Figo 1, 6) im Außenluftgerät untergebracht. Der .-Schaltschrank 24 enthält alle erforderlichen elektrischen Schaltelemente, die Eingangsklemmen für die Netzeinspeisung, den fietzschalter und die einzelnen Sicherungen, die 2rüfklemmen sowie in der Frontplatte die Beü> triebs- und Störanzeigemelder und den Sollwertsteller des Zulufttemperaturreglers. Die Sicherungen sind verdeckt, aber gut zugänglich von der Frontseite des Gerätes erreichbar.

Die Fig. 7 zeigt den Kältemittelkreislauf mit dem Kompressor 6 sowie den Bauelementen der Hochdruckseite, das sind der luftgekühlte Kondensator 22 mit Lüftermotor für die Außenluft, ein Flüssigkeitssammler 32, ein Trockner 33, ein Kaltemitteischauglas 34 sowie ein Expansionsventil 35 und das Heißgas-Bypass-Ventil 36, einschließlich Steu- cib erleitung 37 zur Saugsexte des Kompressors 6.

Die Bauelemente der ITiederdruckseite sind ein Kältemittelverteiler 40, der Verdampfer 2 sowie das Saugdrosselventil 41.

Die leistungsregelnden Bausteine sind der Temperaturfühler

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42 in der Zuluft mit Temperaturregler 43, der seinerseits das Saugdrosselventil 41 proportional zur Temperaturabweichung gegenüber dem vom Sollwertgeber 44 vorgegebenen Sollwert öffnet oder schließt.

Die leistungsregelnden Bausteine im Kältemittelkreislauf sind das Saugdrosselventil 41, das abhängig von der Zulufttemperatur geregelt wird. Durch Drosselung, d.h. Verringerung der umgepumpten Kältemittelmenge ist es möglich, eine konstante Zulufttemperatur zu halten bei schwankenden Wärmeabgaben am Verdampfer 2, wenn die Umlufttemperatur zwischen der Zulufttemperatur und z.B. 10⁰C darüber schwankt.

Die Drosselung der umgewälzten Kältemittelmenge bewirkt ein Absinken des Saugdruckes am Kompressor 6, der seinerseits das Heißgas-Bypass-Ventil 36 öffnet und damit Heißgas von der Druckseite des Kompressors 6 über die Leitung 31 in den Verdampfer 2 fördert zur Aufrechterhaltung eines minimalen Gasstromes durch den Kompressor 6 einerseits und zur Simulation der aus der Umluft fehlenden Wärmelast andererseitsο Nur noch eine Restmenge Flüssigkeit wird in diesem Falle über das Expansionsventil 35 in den Verdampfer eingespritzt und erzeugt dort Wärme.

Auch das Heißgas-Bypass-Ventil 36 arbeitet proportional und stetig, so daß eine Anpassung an schwankende Wärmelasten ohne Ein-Aus-Regelung gegeben ist.

Als weitere Möglichkeit zeigt Fig. 8 einen vereinfachten Kältemittelkreislauf mit stufenloser Kälteleistungsregelung. Die Schaltung nach Fig. 8 enthält anstelle des Saugdrosselventils 41 und des Heißgas-Bypass-Ventils 36 mit Steuerleitung 37 nunmehr ein Dreiwege-Heißgasventil 45, das wieder wie vorbeschrieben vom Regler 43 angesteuert wird und das

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über die Leitung 31 die schwankende Wärmeabgabe am Verdampfer 2 durch Zugabe von Heißgas ausgleicht. Das Dreiwege-Heißgasventil 45 wird in diesem Fall von der Zulufttemperatur abhängig geregelt.

Zur Drosselung der am Verdampfer 2 entzogenen Wärme (d.i. gleich der erzeugten Kälte) wird in diesem Fall nicht der Saugdruck am Kompressor 6 abgesenkt und damit die umgewälzte Kältemittelmenge gedrosselt, sondern es wird Heißgas von der Druckseite des Kompressors durch das proportional wirkende Dreiwege-Heißgasventil 45 über die Leitung 31 direkt am Eingang des Verdampfers 2 eingespritzt. Das Mischungsverhältnis zwischen eingespritzter Flüssigkeit vom Expansionsventil 35 und eingespritztem Heißgas vom Dreiwege-Heißgasventil 45 bestimmt die am Verdampfer umgesetzte Kälteleistung. Auch bei Einspritzung eines großen Anteils Heißgas vor den Verdampfer 2 wird dieses an den Tauscherflächen des Verdampfers soweit abgekühlt, daß die Saugseite des Kompressors 6 nicht schädlich überhitzt wird.

Durch die proportionale und stetige Arbeitsweise des Dreiwege-Heißgasventils 45 ist eine Anpassung der Kälteleistung von 0 bis 100 % an schwankende Wärmelasten ohne Ein-Aus-Regelung gegeben.

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Claims

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Patentansprüche 2806082

f 1. lEinri chtung zur Klimatisierung von Räumen mit hohen inneren Wärmequellen, bestehend aus einem Umluftgerät und einem Außenluftgerät mit luftgekühltem Kondensator im Kältemittelkreislauf in Kompaktbauweise und ggf. Luftein- und -auslaßkanälen, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftführung im Umluftgerät (10) abwärts gerichtet ist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1 mit einem Heißgas-Bypass-Ventil in einer Leitung zwischen der Druckseite des Kompressors und dem Eingang des Verdampfers zur proportionalen und stetigen Regelung der Kälteleistung von 0 bis 100 %, dadurch gekennzeichnet, daß in der Saugleitung vom Verdampfer (2) zum Kompressor (β) ein Saugdrosselventil (41) angeordnet ist, das von einem die Abweichung der Zulufttemperatur von einem vorgegebenen Sollwert auswertenden Regler (43) gestellt wird, und daß das Heißgas-Bypass-Ventil (36) von dem Druck in der Saugleitung gestellt wird.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 mit einem Dreiwege-Heißgas-Ventil in der Druckleitung des Kompressors mit Abzweig zum Eingang des Verdampfers zur proportionalen und stetigen Regelung der Kälteleistung von 0 bis 100 %, dadurch gekennzeichnet, daß das Dreiwege-Heißgas-Ventil (45) von einem die Abweichung der Zulufttemperatur von einem vorgegebenen Sollwert auswertenden Regler (43) gestellt wird.
4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Umluft-Auslaßkanal als sich über die volle Breite des kombinierten Gerätes erstreckender Quelluft-Auslaßkasten (12,13) ausgebildet ist.

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^an das Deutsche Patentamt, München ·" Patentanwalt
5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in den Quelluft-Auslaßkasten (12) ein Schalldämpfer (16) eingebaut ist.
6. Einrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Quelluft-Auslaßkasten (12,13) mit verstellbaren Schlitzauslässen oder Düsenlochplatten ausgestattet ist.
7. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf das Umluftgerät (10) und/oder auf das Außenluftgerät (20) ein Schalldämpferaufsatz (11,26) aufsetzbar ist.

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