DE4329939A1

DE4329939A1 - Vorrichtung geeignet zur Absorbtion von Schmelzenergie aus Eiszellen bzw. zur Aufnahme künstlicher Kälteenergie und deren Einspeisung in ein Entwärmungssystem (genannt Energieabsorber)

Info

Publication number: DE4329939A1
Application number: DE19934329939
Authority: DE
Inventors: Martin Gabler
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1993-03-06
Filing date: 1993-09-04
Publication date: 1995-03-09

Description

Die Erfindung dient zur Einsparung von elektrischer Energie, sowie der Minderung des Treibhauseffektes bei der Klimatisierung von Räumen, in denen hohe Wärmelasten anfallen. Vor zugsweise bei der Nachrichtenübertragung, bei elektronischen Schalt- und Regelgeräten, EDV-Anlagen ect. die einer kriti schen Arbeitstemperatur unterliegen. Die Raumtemperaturen entsprechen den Klimatogrammen nach DIN-50 019 Teil 3 für Betriebsräume mit Klimamodell R 11 und R 12.

Die Grundlage der Entwärmungstechnik ist in meiner Patent anmeldung Aktenzeichen P 43 07 061.2 "Vorrichtung zur Ab führung der Verlustwärme aus gerätebestückten Gehäusen" dar gestellt. Da bei dieser Vorrichtung die Raumtemperaturen im proportionalem Verhältnis zur Umfeldtemperatur stehen, muß bei sommerlichen Spitzentemperaturen ein kurzzeitiges Überschreiten der Grenzfeldtemperatur hingenommen werden. Der Einsatz der Vorrichtung erhöht somit die Betriebs sicherheit der Geräte.

Der Energieabsorber besteht aus einem Rohrkörper mit äußerer Berippung zur Oberflächenvergrößerung. Die Bodenplatte ist fest verbunden, die obere Abdeckung hat die Form einer Flanschplatte und ist mit dem Rohrkörper dicht verschraubt. Im Inneren befindet sich ein Steigrohr mit wärmedämmender Umhüllung, das fast bis zum Boden reicht.

Um das Steigrohr wird auf etwa 2/3 der Länge eine Rohr schlange gestülpt, in der das Kühlmittel des Kältesatzes verdampft. Die Abstände zwischen den Wendelungen müssen dabei mindestes einer Rohrstärke entsprechen. Der Energie absorber befindet sich im Zentrum der Eisspeicher, die Rohrdurchführungen erfolgen durch die verschraubte Flansch abdeckung. Bei Inanspruchnahme des Energieabsorbers strömt der erhitzte Wärmeträger über die Flanschdurchführung in den Innenraum, während er nach unten gedrückt wird, erfolgt der Wärmeaustausch sowohl in den Eisbereich wie zum Verdampfer des Kältesatzes. Der so abgekühlte Wärmeträger wird über das Steigrohr dem Luftkühler im Geräteraum zur weiteren Wärmeaufnahme wieder zugeführt.

Im Gegensatz zum beträchtlichen Energieaufwand bei bekannten Klimasystemen wird dieser mit der erfindungsgemäßen Vor richtung auf ein Minimum gedrückt. Zum einen, werden die natürlichen Temperaturschwankungen optimal genutzt, zum an deren, erfolgt im Energieabsorber ein doppelter Wärmeaus tausch, der es erlaubt, die Leistung des Kältesatzes um min destens die Hälfte zu reduzieren. Die wärmedämmende Steig rohrumhüllung verhindert einen Wärmeaustausch mit der nach strömenden Trägerflüssigkeit. Zur Nachtzeit wird die abge schmolzene Eisschicht durch den Kältesatz wieder nachgeladen, so daß ggf. ein günstiger Nachtstromtarif in Anspruch genom men werden kann.

Eine weitere spürbare Senkung der Betriebskosten bietet die Möglichkeit den Energieabsorber samt Kältesatz in einer Mon tageeinheit zu konzipieren, so daß vor Ort Verrohrungen ent fallen, und nur kleine Mengen an Kühlmittel erforderlich sind. Dieser Umstand hat auch ökologische Vorteile da damit einer Gefährdung der Ozonschicht entgegen gewirkt wird.

Zur Abführung größerer Wärmelasten können Eiszellenkombina tionen erstellt werden, die jeweils einen Energieabsorber be sitzen. Die Wärmedämmung ist dabei in Form einer zerlegbaren Isolierzelle mit Montageluke erstellbar. Auch eine unterir dische Aufstellung einer oder mehrerer Eiszellen ist möglich.

Schaltstellung B erforderlich zwischen 16 und 20°C Umfeld temperatur, Wärmetransport von Luftkühler (1) zum Lufter hitzer (2) wie bei Schaltvorgang A. Einspeisung von Kühl energie aus Energieabsorber (3) über Umwälzpumpe (6) in den Zirkulationskreislauf mit verminderter Förderleistung.

Schaltstellung c erforderlich ab 20°C Umfeldtemperatur. Der Schaltvorgang bewirkt eine Umleitung des Wärmetranspor tes vom Luftkühler (1) in den Energieabsorber (3), da ein Wärmeaustausch vom Lufterhitzer (2) zum Umfeld wegen zu geringer Temperaturdifferenz nicht mehr möglich ist. Im Energieabsorber wird die Wärmelast etwa zur Hälfte an die Eisschicht (4) bzw. an den Verdampfer (14) des zugeschal teten Kältesatzes (12) abgegeben. Die Kondensationsabwärme wird über das Magnetventil (9) in den Lufterhitzer (2) zur Abgabe an das Umfeld geleitet. Der Rücklauf aus dem Energie absorber zum Luftkühler (1) erfolgt über Umwälzpumpe (6). Der Rücklauf aus dem Lufterhitzer zum Verflüssiger des Kältesatzes (13) läuft über Umwälzpumpe (5). Die Magnet ventile (7 und 8) sind geschlossen.

Schaltstellung D dient zur Aufladung der Eiszellen durch die Kälteleistung des Verdampfers (14) im Energieabsorber. Die Abführung der Wärmelast aus dem Luftkühler zum Lufterhitzer entspricht dabei dem des Schaltvorganges A, wobei der Luft erhitzer mit der Kondensationsabwärme des Kältsatzes zusätz lich belastet wird. Da der Vorgang zur Nachtzeit stattfindet in der die Umfeldtemperaturen wesentlich zurückgehen, ist die Kapazität des Lufterhitzers dafür ausreichend. Die Wärme trägerzirkulation läuft über Umwälzpumpe (5), alle Magnet ventile sind dabei geöffnet.

Klimamodell R 12 Innenraum Temperatur begrenzt geregelt

Bis auf Schaltstellung B sind die Schaltvorgänge mit denen des Klimamodells R 11 identisch. Auf Grund der erweiterten Temperaturgrenzfelder ist die Schaltstellung B entbehrlich. Der Einschaltpunkt zur Schaltstellung C verschiebt sich um gut 5°C nach oben.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung und an Ausführungsbeispielen noch näher erläutert.

In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 den Energieabsorber im vertikalen Schnitt entlang der Schnittlinie I-I in Fig. 2

Fig. 2 den Energieabsorber im horizontalen Schnitt entlang der Schnittlinie II-II in Fig. 1

Fig. 3 eine schematische Darstellung der Verrohrung mit Umwälzpumpen und Ventilen zwischen Luftkühler (1), Lufterhitzer (2), Energieabsorber (3) und Kältesatz

Fig. 4 eine Eiszelle mit Energieabsorber und Wärmedämmung im horizontalen Schnitt entlang der Schnittlinie IV-IV in Fig. 5

Fig. 5 eine Eiszellenkombination mit Energieabsorber und Wärmedämmung im vertikalen Schnitt entlang der Schnittlinie III-III in Fig. 6

Fig. 6 eine Eiszellenkombination mit Energieabsorber und Wärmedämmung im horizontalen Schnitt entlang der Schnittlinie IV-IV in Fig. 5.

Ausführungsbeispiele von Schaltvorgängen für Klimamodelle nach DIN 50 019 Teil 3 bei wechselnden Umfeldtemperaturen:

Klimamodell R 11 Innenraum voll klimatisiert

Schaltstellung A geeignet bis 16°C Umfeldtemperatur, Wärme träger Rücklauf aus Luftkühler (1) über Magnetventil (7) zum Lufterhitzer (2) nach Wärmeabgabe zur Umwälzpumpe (5), über Magnetventil (8) zum thermostatischen Regulierventil (10) in den Luftkühler zur Wärmeaufnahme. Das Regulierventil öffnet bei steigender Fühlertemperatur.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird bei der Klimatisierung von Geräteräumen mit ständig hoher Wärmebelastung eine neuartige, rationelle Betriebsweise beschritten, die bezüglich Energie aufwand große Vorteile beinhaltet. Einerseits werden die natür lichen Temperaturschwankungen sowohl jahreszeitlich, wie zwischen Tag und Nacht, einer größtmöglichen Nutzung unter zogen. Andererseits wird die Schmelzenergie eines Eisspeichers in die Wärmeträgerzirkulation eingespeist, so daß die Vorlauf- Temperatur zum Luftkühler auf das erforderliche Maß herunterge kühlt wird.

Auf Grund der Berichte des deutschen Wetterdienstes, erschienen 1982 im Selbstverlag des deutschen Wetterdienstes in Offenbach am Main, kann man davon ausgehen, daß z. B. in unseren Breiten bei einer Basis-Raumtemperatur um 23°C, eine Klimatisierung mit künstlicher Kälteenergie auf einen relativ kleinen Zeitraum beschränkt werden kann. Die Perioden in denen eine direkte Abgabe der Wärmelast an das Umfeld wegen zu hoher Umgebungs temperatur nicht mehr möglich ist, liegt bei max. 5% innerhalb eines Jahresablaufes. Im Raum München wurden z. B. im langjährigen Durchschnitt nur 29, 4 Perioden mit einer Temperatur über 25°C ermittelt, wobei diese durchschnittlich 5,8 Stunden anhält. Sogenannte heiße Tage mit Temperaturen über 30°C, gemessen im Zeitraum von 20 Jahren, gibt es nur in 4,3 Perioden pro Jahr. Die Zahl der Tage an denen das Temperaturminimum nicht unter 15°C sinkt bewegt sich zwischen 4 und 28 Tage.

Der Bericht des Wetterdienstes zeigt, daß das höchste Ener giesparpotential in der Nutzung des Temperaturbereiches unter 25°C liegt, was mit der Vorrichtung möglich ist. Der Energieaufwand beschränkt sich dabei lediglich auf den Betrieb der Lüftermotoren für Wärmetauscher und Umwälz pumpen. Bei Umfeldtemperaturen über 25°C wird der äußere Wärmetauscher (Lufterhitzer) von der Austauschfunktion abgekoppelt, so daß die Wärmelast voll in den Energieabsorber zur Weitergabe an die Eiszellen bzw. zum Verdampfer geleitet wird.

Claims

1. Vorrichtung geeignet zur Absorbtion von Schmelzenergie aus Eiszellen sowie zur Aufnahme maschinell erzeugter Kühl energie und deren Einspeisung in ein Kühlsystem das Wärme lasten aus einem inneren Wärmetauscher (1) über einen äußeren Wärmetauscher (2) gemäß Patentanmeldung mit Akten zeichen P 43 07 061. 2 Anspruch 1 an das Umfeld abführt, dadurch gekennzeichnet, daß der Energieabsorber (3) in Form eines Rohrkörpers mit einer die Oberfläche ver größernden Berippung (16) im Zentrum einer Eiszelle steht, aus der Schmelzenergie an die im Rohrkörper zirkulierende Wärme trägerflüssigkeit (15) übergeleitet wird, die dann vom Rohr boden über ein wärmegedämmtes Steigrohr (11) in den Zirku lationskreislauf des Klimasystems eingespeist wird, gleich zeitig übernimmt die Trägerflüssigkeit maschinell erzeugte Kälteenergie von dem im Rohrkörper mittig angeordneten Ver dampferrohr (14), dessen Windungen mindestens den Abstand eines Rohrdurchmessers aufweisen, die Anordnung erlaubt gegenüber der aus den Geräteräumen abzuführenden Wärmelast eine Halbierung der Maschinen- sowie der Schmelzwärmeleistung aus den Eiszellen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem Energieabsorber (3) bei Bedarf die Energie des Kältesatzes über das Verdampferrohr (14) und der dabei ruhenden Trägerflüssigkeit (15) eine Aufladung der abgeschmolzenen Eis schicht (4) vorzugsweise während der Nachtzeit übernimmt, und dabei der Entwärmungsvorgang aus den Geräteräumen zum Umfeld nicht unterbrochen wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekenn zeichnet, daß bei Betrieb des Kältesatzes (12) sowohl bei Aufnahme der Wärmelast aus den Geräteräumen wie bei der Aufladung der abgeschmolzenen Eisschicht die Wärme last des Kondensators (13) über den äußeren Wärmetauscher (2) an das Umfeld abgeführt wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekenn zeichnet, daß der obere Abschluß des Energieabsorbers in Form einer Flanschplatte (17) mit dem Rohrkörper (16) wasserdicht verschraubt wird, und alle Rohrdurchführungen (11, 14, 18) die in das innere des Energieabsorbers führen durch die Flanschplatte (17) geleitet werden, ferner der Energieabsorber incl. Eisbereich von einer lückenlosen Wärmedämmschicht (19) umgeben ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekenn zeichnet, daß der Energieabsorber (3) incl. Kältesatz (12) in einer Einheit mit geschlossener Verrohrung innerhalb einer wärmegedämmten Umhüllung erstellt wird.