DE3100915C2

DE3100915C2 - Klimagerät für Umluftbetrieb

Info

Publication number: DE3100915C2
Application number: DE3100915A
Authority: DE
Inventors: Katsunori Nara Fujimura; Masao Tatsuoka
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1980-05-26
Filing date: 1981-01-14
Publication date: 1986-08-07
Also published as: AU537905B2; US4354358A; AU6638381A; DE3100915A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein mit einer Kompoststatt kombiniertes Klärgrubensystem zum Klären von häuslichen Abwässern, deren ausgefällte feste und gereinigte flüssige Komponenten direkt der Kompoststatt zugeführt und gemeinsam mit weiteren organischen Haus- und Gartenabfällen kompostiert werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Klimagerät für Umluftbetrieb gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Ein gattungsgemäßes Klimagerät ist aus der US-PS 80 126 bekannt. Das Gerät weist zwei Luftkreisläufe auf, und zwar einen Raumluft-Kreislauf und einen Außenluft-Kreislauf. Die Außenluft wird an einem Außenlufteinlaß durch einen Befeuchter befeuchtet und tauscht dann an einem rotierenden Wärmeübertrager für sensible Wärme Wärme aus. Es wird hier aber auch latente Wärme ausgetauscht. Danach wird die Außenluft durch eine Wärmequelle aufgeheizt. Diese Wärme gibt die Außenluft an einen rotierenden Wärmeübertrager für latente Wärme ab, bevor sie durch einen Außenluftauslaß wieder ins Freie tritt. Die Raumluft strömt durch einen Raumlufteinlaß zunächst durch den rotierenden Wärmeübertrager für latente Wärme und gibt in diesem Feuchtigkeit ab. Gleichzeitig wird die Raumluft aufgeheizt. Nach dem Durchströmen des Wärmeübertragers für sensible Wärme wird die dort abgekühlte Raumluft in einem Befeuchter befeuchtet und strömt durch einen Raumluftauslaß in einen zu klimatisierenden Raum.

Beim Gegenstand der US-PS 41 80 126 ist die Wärmequelle zweigeteilt. Sie weist eine Niedertemperatur-Wärmequelle, die zum Beispiel durch Solarenergie erwärmt wird, und eine Heizung auf.

Der Erfindung Hegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Klimagerät in seinem Wirkungsgrad so zu verbessern, daß es die wirtschaftliche Ausnutzung einer Niedertemperatur-Wärmequelle ohne zusätzliche Heizung gestattet

Die erfindungsgemäße Lösung ist im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegeben. Vorteilhafte

ίο Ausgestaltungen sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Bei einem erfindungsgemäßen Klimagerät wird nur noch der rotierende Wärmeübertrager für sensible Wärme von der befeuchteten Außenluft durchstrichen.

Danach tritt die Außenluft wieder ins Freie, steicht also nicht auch noch durch den Wärmeübertrager für latente Wärme. Der Wärmeübertrager für latente Wärme wird vielmehr von beheizter Außenluft durchstrichen, die in einem zusätzlichen Außenluftkanal geführt ist, der bei einem gattungsgemäßen Klimagerät nicht vorhanden ist

Diese Lösung hat den Vorteil, daß zum Regenerieren des rotierenden Wärmeübertragers für latente Wärme trockene und nicht angefeuchtete Außenluft wie bisher verwendet wird. Bei gleicher zugeführter Wärmemenge kann ein bestimmtes Volumen trockener Luft aber mehr Feuchtigkeit aufnehmen als dasselbe Volumen feuchter Luft Dadurch kann der Wärmeübertrager latente Wärme entweder bei gleicher zugeführter Wärmemenge weiter entfeuchtet, also besser regeneriert, werden, oder man kann bei gleichem Feuchtigkeitsentzug mit geringerer Leistung der Wärmequelle auskommen. Daher ist es möglich, das Gerät allein mit einer Niedertemperatur-Wärmequelle ohne zusätzliche Heizung zu betreiben.

Nachstehend wird ein die Merkmale der Erfindung aufweisendes Ausführungsbeispie! unter Bezugnahme auf eine Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung eines Klimagerätes für Umluftbetrieb,

F i g. 2 eine grafische Darstellung von Kennlinien des Ausführungsbeispiels von F i g. 1,

F i g. 3 eine aufgeschnittene Vorderansicht des Klimagerätes,

F i g. 4, 5 und 6 grafische Darstellungen zur Umdrehungszahl eines rotierenden Wärmeübertragers zum zweiten Außenluft-Einlaß beim Trocknen von Umgebungsluft und mit Leistungsdaten eines rotierenden Wärmeübertragers,

F i g. 7 und 8 je eine Perspektiv- und Querschnittsdarstellung eines rotierenden Filterbefeuchters in dem Klimagerät von F i g. 3,

Fig.9 grafische Darstellungen zum Luftdurchsatz durch einen Filterbefeuchter und

Fig. 10 statische Druckangaben zu einem rotierenden Wärmeübertrager des Klimagerätes.

Ein Hauptgehäuse 1 des in F i g. 1 dargestellten erfindungsgemäßen Klimagerätes ist durch Trennwände 10, 11 und 12 in drei Luftkanäle unterteilt, einen Raumluftkanal I₁ einen Außenluftkanal Il und einen zweiten Außenluftkanal III für regenerierende Außenluft. Der zweite Außenluftkanal III wird daher im folgenden Regenerativluftkanal genannt. Ein rotierender Wärmeübertrager 2 für latente Wärme erstreckt sich über die Luftkanäle I und III, und ein rotierender Wärmeübertrager 3 für sensible Wärme erstreckt sich über die Luftkanäle I und II. Ein Raumluftgebläse 6 ist im oberen Höhenbereich des Raumluftkanals I angeordnet, der

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über je einen oberen Einlaß und unteren Auslaß mit einem zu klimatisierenden Raum verbunden isL Das Gebläse 6 saugt Raumluft über den oberen Einlaß an und leitet sie durch die rotierenden Wärmeübertrager 2 und 3 hindurch einem Raumluftbefeuchter 4 zu. Auf unterer Ebene in dem Außenluftkanal 11 befindet sich ein Außenluftgebläse 7, um angefeuchtete Außenluft von einem Außenluftbefeuchter 5 durch de.T. rotierenden Wärmeübertrager 3 zu leiten. In dem Regenerativ-Luftkanal III befindet sich in oberer Ebene ein Regenerativ-Luftgebläse 8, um den Wärmeübertrager 2- für latente Wärme niAtels Heißluft von einer Wärmequelle 9 zu beheizen und zu regenerieren. Gemäß F i g. 1 hat der Wärmeübertrager 2 für latente Wärme eine Wärmeübertragerzone (a) an Kanal I und eine Regenerativzone (b) im Kanal III, und der Wärmeübertrager 3 für Eigenwärme hat eine Wärmeübertragerzone (c) im Luftkanal I und eine Außenluftzone (d)\m Außenluftkanal II.

Bei arbeitendem Klimagerät entfeuchtet der rotierende Wärmeübertrager 2 durch ihn strömende Raumluft RA und erhöht durch Beheizung ihre Temperatur. In dem Außenluftkanal II wird Außeniuft OA durch den Außenluftbefeuchter 5 angefeuchtet, gekühlt und durch den rotierenden Wärmeübertrager 3 weitergeleitet, wo die entfeuchtete und beheizte Raumluft von dem Wärmeübertrager 2 vorgekühlt und außerdem befeuchtet und schließlich durch den Raumluftbefeuchter 4 gekühlt wird. Anschließend wird die so behandelte Raumluft als Versorgungsluft SA wieder in den Raum abgegeben. Die Beheizung und Regenerierung der Luft durch den rotierenden Wärmeübertrager für latente Wärme 2 in Verbindung mit der Wärmequelle 9 erfolgt, während die Luft den Kanal III passiert, um anschließend das Gerät zu verlassen. Weitere Einzelheiten zur Arbeitsweise dieses Klimagerätes enthält F i g. 2. Die Zustandsänderungen des zweiten Außenluftstromes, also des Regenerativ-Luftstromes, sind der Übersichtlichkeit halber in F i g. 2 weggelassen.

In Fig.3 sind nähere Einzelheiten des erfindungsgemäßen Klimagerätes dargestellt. Das in dem Raumluftkanal I einem Raumlufteinlaß 67 gegenüberliegend befestigte Raumluftgebläse 6 enthält in einem Gehäuse 63 ein Lüfterrad 62, welches von der Welle eines an der Trennwand 10 befestigten Lüftermotors 61 rotierend angetrieben wird.

In dem Luftkanal i ist in Strömungsrichtung hinter dem Gebläse 6 der rotierende Wärmeübertrager 2 für latente Wärme angeordnet, der sich über die Luftkanäle I und III erstreckt. An einer Seitenwand des Wärmeübertragers 2 ist an einem Träger 21 ein Raumluftöffnungen für den Wärmeübertrager enthaltendes Dichtungselement 22 festgeklebt. Der Wärmeübertrager 2 wird von einem auf dem Träger 21 befestigten Motor 25 über eine Antriebsriemenscheibe 23 und einen Riemen 24 mit einer Geschwindigkeit von etwa 20 U/h rotierend angetrieben. In Strömungsrichtung hinter dem Wärmeübertrager 2 ist zwischen einer Oberwand 31 und einer Bodenwand 32, die beide entsprechende Raumluftöffnungen aufweisen, der rotierende Wärmeübertrager 3 für sensible Wärme so installiert, daß seine Seitenwand horizontal verläuft. Eine Welle 33 des Wärmeübertragers ist innerhalb der Wände 31,32 in Lagern 34 drehbar gelagert. Am Umfang des Wärmeübertragers 3 angeordnete elastische Dichtungselemente 35 sind endseitig zwischen den Wänden 31 und 32 unter einer Vorspannung gehalten, und mit Druck auf den Seitenwänden des Wärmeübertragers 3 aufliegende elastische Elemente 37 sind am Umfang des Wärmeübertragers durch Winkelstücke 36 gehalten. Ein auf der Bodenwand 32 befestigter Antriebsmotor 30 treibt den Wärmeübertrager 3 über eine Riemenscheibe 38 und einen Treibriemen mit einer Umdrehungsgeschwindigkeit von etwa 15 U/min an.

Ein in Strömungsrichtung hinter dem Wärmeübertrager 3 liegender erster rotierender Filter-Befeuchter 4 enthält ein Wasserreservoir 41 mit einem Zulauf 42 und ίο einem Ablauf 43 und ein sich zwischen einer oberen Rolle 44 und einer unteren Rolle 45 erstreckendes Befeuchtungsfilter 46, das durch einen Antriebsmotor 47 in Vertikalrichtung umlaufend angetrieben wird, während ein Teil desselben in das Wasserreservoir eintaucht. Der Befeuchter 4 ist nahe einem Raumluftauslaß 68 an einer Bodenwand 48 befestigt. In dem Außenluftkanal II ist einem Außenlufteinlaß 69 gegenüberliegend ein zweiter rotierender Filter-Befeuchter 5 angeordnet, in dessen mit einem Zulauf 52 und einem Ablauf 53 ausgestattetes Wasserreservoir 51 ein zwischen einer oberen Rolle 54 und einer unteren Rolle 55 gespanntes Befeuchtungsfilter 56 teilweise eintaucht, während es senkrecht umlaufend durch einen Antriebsmotor 57 angetrieben wird. Der Befeuchter 5 ist ebenfalls an der Bodenwand 48 angebracht.

In Strömungsrichtung hinter dem Befeuchter befindet sich das Außenluftgebläse 7, dessen Gehäuse 71 mit Gebläsemotor 72 an der Trennwand 13 zwischen den Luftkanälen I und II angebracht ist. Wie bereits erwähnt erstreckt sich der zwischen Außenluftöffnungen der Wände 31 und 32 angeordnete rotierende Wärmeübertrager 3 für sensible Wärme über den Raumluftkanal I; an seiner Ausströmseite ist ein Außenluftauslaß 70 gebildet. In dem von der Oberwand 31 des Wärmeübertragers zu dessen Raumluftauslaß 70 führenden Kanal befinden sich die Trennwände 11 und 12, welche jeweils zwischen den Luftkanälen I und II bzw. II und HI liegen. In Strömungsrichtung hinter einem Lufteinlaß 71a des Regenerativ-Luftkanals III ist dieser von dem Luftkanal I durch die Trennwand 12 abgetrennt. In Verbindung mit den Bodenwand-Durchbrüchen erstreckt sich der Wärmeübertrager 2 mit horizontal verlaufenden Seitenwänden über den Raumluftkanal I. Ein Regenerativ-Luftöffnungen aufweisender Regenerativkanal 82 wird auf die Oberwand des rotierenden Wärmeübertragers 2 für latente Wärme gedrückt, und die Oberwand des Kanals 82 befindet sich im Kontakt mit einer Regenerativ-Luftöffnungen aufweisenden Trennwand 83. Das Regenerativ-Gebläse 8 umfaßt einen Motor 84, ein Gehäuse 85 und ein an der Trennwand 83 gelagertes Gebläserad 86. Das Gebläse 8 mündet in einen Luftauslaß 72a. Vorhanden sind ferner zwei Ventile 91 und zwei Überlaufleitungen 92.
Da bei dem erfindungsgemäßen Klimagerät die rotierenden Wärmeübertrager 2 und 3 horizontal angeordnet sind, können die Luftkanäle einfacher und mit reduziertem Strömungswiderstand ausgebildet und das gesamte Klimagerät niedriger und kleiner konstruiert werden.

Die Arbeitsweise des Wärmeübertragers 2 für latente Wärme hat großen Einfluß auf die Leistungsfähigkeit eines Klimagerätes mit offenem Kreislauf und insbesondere auf eine Verbesserung seines Entfeuchtungsprozesses. Gemäß F i g. 4 ändert sich der Entfeuchtungsan· teil c*es Wärmeübertragers 2 für latente Wärme mit seiner Umlaufgeschwindigkeit. Das Wärmeübertragerelement, besteht aus 0,1 bis 0,2 mm dicken ungewebten Polyesterfasern, die mil 6 bis 10 Trockengewichtsprozent

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Lithiumchlorid (LiCl) imprägniert sind. Gemäß F i g. 4 liegt der Maximalwert zwischen 15 und 25 U/h bei etwa 20 U/h. Mit dieser Umlaufgeschwindigkeit wird der Wärmeübertrager 2 rotierend angetrieben und entwikkelt dann in dem Klimagerät mit offenem Kreislauf seinen größten Nutzeffekt.

Zwischen dem Regenerativeingang Q (kcal/h), der Temperaturdifferenz At der Regenerativluft vor und nach einer regenerierenden Wärmequelle (⁰C), dem Regenerativ-Luftdurchsatz V(kg/h) und dem Regenerativ-Luftverhältnis C_p (kcal/kg ⁰C) besteht folgende Beziehung:

Q = At χ Vx

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Gemäß F i g. 5 ändert sich die Entfeuchtungsleistung des rotierenden Wärmeübertragers 2 nicht, wenn der nach vorstehender Gleichung definierte Regenerativeingang Q unverändert bleibt. Wird eine Wärmequelle mit relativ niedriger Temperatur und kleinem At wie eine Solarwärmequelle verwendet, dann muß dies durch einen entsprechend erhöhten V-Wert ausgeglichen werden.

Aus F i g. 6 kann entnommen werden, daß wenn der Luftdurchsatz auf der Frontseite des Wärmeübertragers 2 größer als 2 m/s ist, der Entfeuchtungsanteil in die Sättigung übergeht, wenn die Regenerativluft mit weniger als 8O⁰C in die Wärmeübertragerzone (a) des Wärmeübertragers 2 einströmt. Falls der Regenerativ-Luftdurchsatz unter 1,5 m/s liegt, dann erfolgt die Sättigung des Entfeuchtungsanteils bereits bei über 100°C liegender Eingangslufttemperatur für die Wärmeübertragerzone (a). Bei einer Geschwindigkeit der Außenluft vor dem Wärmeübertrager 2 zwischen 1,5 und 2,0 m/s wird der Entfeuchtungsanteil gesättigt, wenn die Regenerativ-Luft mit einer zwischen 80° und 100⁰C liegenden Temperatur in die Wärmeübertragerzone (a) gelangt. Eine gute Entfeuchtungsleistung ohne Temperaturverluste ist möglich, wenn entweder die Eingangstemperatur zur Wärmeübertragerzone (a) weniger als 8O⁰C und die Geschwindigkeit der Außenluft mehr als 2,0 m/s beträgt, oder wenn die Temperatur zwischen 80° und 100°C und die Geschwindigkeit zwischen 1,5 und 2,0 m/s liegt, oder wenn der erste Wert über 100⁰C und der zweite Wert unter 1,5 m/s liegt.

Wie erwähnt enthalten die Befeuchter 4 und 5 des Klimagerätes von F i g. 3 jeweils ein rotierendes Filterelement 46 bzw. 56 aus Nylon, das gut luftdurchlässig ist und endlos um die Rollen 44,45 herumgeführt ist. Die so ausgebildeten Luftbefeuchter sind leicht montierbar und haben einen guten Durchströmwert v/. Unter Berücksichtigung einer ausreichend wirksamen Fläche des Filterelementes 46 können dessen Längs- und Querabmessungen L\ und Li beliebig gewählt werden. Da der Befeuchter eine geringe Tiefe i.3 hat, kann er platzsparend in das Klimagerät eingebaut werden. Wenn das Filterelement 46 in Pi'eilrichtung (F i g. 8) umläuft, können keine Wassertröprchen verspritzt werden.

In F i g. 9 sind die Leistung und ein vom Durchströmwert Vf durch das Filter abhängiger Druckverlust in mm H2O (Pascalsche Druckeinheit Pa) grafisch dargestellt. Wenn Xq die Feuchte der Luft vor dem Befeuchter (g/kg), X₁ die Feuchte einer 100% relative Feuchte enthaltenden Luft vor dem Durchgang durch den Befeuchter (g/kg) und X die Feuchte der aus dem Befeuchter kommenden Luft (g/kg) ist, läßt sich die Befeuchtungsleistung wie folgt ausdrücken:

X-Xo

Gemäß Fig. 10 besteht an der Trennwand 13 von Fig. 1, welche am Boden des rotierenden Wärmeübertragers 3 für sensible Wärme die Grenze zwischen der Raumluft und der Umgebungsluft bildet, ein statischer Druck, der Luft durch diese Trennwand 13 hindurchsikkern läßt, deren Menge eine Funktion der Druckdifferenz P\ —P2 ist, die so klein wie möglich sein sollte. Mit anderen Worten: Geringere Druckverluste im Raumluftbefeuchter 4 und geringere Druckverluste in der Außenluftzone (d) des rotierenden Wärmeübertragers für sensible Wärme führen zu geringeren Leckluftmengen. Der Wärmeübertrager 3 des im Umluftbetrieb arbeitenden Klimagerätes hat Arbeitsdruckverluste in der Größenordnung von 5 bis 10 mm H2O. Wenn die wirksame Fläche des Filterelementes 46 so gewählt wird, daß sein Durchströmwert v/ in dem Befeuchter 4 in den Bereich zwischen 1,0 bis 2,0 m/s fällt, dann beträgt der Druckverlust 4 bis 10 mm H2O, und es besteht nur eine geringe oder gar keine Druckdifferenz zur Außenluftzone (d) des Eigenwärmetauschers 3. Gleichzeitig liegt die Befeuchtungsleistung sehr hoch, üblicherweise über 90%. Bekanntlich hängt der optimale Luftdurchsatz eines Klimagerätes im wesentlichen von seiner Kühlkapazität ab. Wenn dann die Geschwindigkeit der Luft höher als 2,0 m/s gewählt wird, fällt seine Leistungsfähigkeit wegen der hohen Filterdurchlässigkeit unter 90% ab. Zwar könnte durch eine Verschlechterung der Luftdurchlässigkeit des Filters die Leistungsfähigkeit wieder über 90% angehoben werden, jedoch würde hieraus ein erhöhter Druckverlust von über 10 mm H2O resultieren. In jedem Fall wird ein Klimagerät sehr unförmig ausfallen und aufgrund der Druckverluste eine geringe Leistungsfähigkeit aufweisen, falls nicht die Geschwindigkeit der Luft zwischen 1,0 und 2,0 m/s gehalten wird.

Aus F i g. 2 kann entnommen werden, daß zur Verbesserung der Leistungsfähigkeit eines Klimagerätes für Umluftbetrieb die Enthalpie von RA"so klein wie möglich sein sollte. Die Enthalpie von RA" wird bestimmt durch OA' und RA'. Je dichter OA' bei 100% relative Feuchte liegt, desto kleiner die Enthalpie von RA". In Fig.2 steht die Bezeichnung OA'für die befeuchtete und gekühlte Außenluft, RA' für die entfeuchtete und beheizte Raumluft und RA" für die entfeuchtete und vorgekühlte Raumluft.

Hierzu 8 Blatt Zeichnungen

Claims

31 OO 915 Patentansprüche:

1. Klimagerät für Umluft-Betrieb mit einem zwischen einem Raumlufteinlaß und einem Raumluftauslaß mit vorgesetztem Befeuchter gebildeten Raumluftkanal, in den ein rotierender Wärmeübertrager für sensible Wärme und ein rotierender Wärmeübertrager für latente Wärme ragen, mit einem zwischen einem Außenlufteinlaß mit vorgesetztem Befeuchter und einem Außenluftauslaß gebildeten Außenluftkanal, in den der Wärmeübertrager für sensible Wärme ragt, und mit einer Wärmequelle, gekennzeichnet durch einen zweiten Außenluftkanal (III), in den der Wärmeübertrager (2) für latente Wärme ragt, der zwischen einem zweiten Außenlufteinlaß, in dem die Wärmequelle (9) sitzt, und einem zweiten Außenluftauslaß angeordnet ist.

2. Klimagerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der rotierende Wärmeübertrager (2) für latente Wärme mit etwa 15—20 U/h umlaufend angetrieben wird.

3. Klimagerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit der Außenluft auf der Vorderseite des rotierenden Wärmeübertragers (2) für latente Wärme größer ist als 2 m/s, wenn die Außenluft-Einlaßtemperatur unter 80⁰C liegt.

4. Klimagerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit der Außenluft auf der Vorderseite des rotierenden Wärmeübertragers (2) für latente Wärme zwischen 1,5 m/s und 2 m/s beträgt, wenn die Außenluft-Einlaßtemperatur zwischen 80 und 100⁰C liegt.

5. Klimagerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit der Außenluft auf der Vorderseite des rotierenden Wärmeübertragers (2) für latente Wärme kleiner als 1,5 m/s ist, wenn die Außenluft-Einlaßtemperatur höher als 100° C ist.