DE4431940A1 - Frischluft-Klimaanlage - Google Patents

Description

Es sind Klimaanlagen mit einem Flüssigkeitsverdampfer bekannt, der in ein Gehäuse der Klimaanlage eingebaut ist. Er weist bspw. eine feuchte Gaze auf, um eine Verdampfung der Arbeitsflüssigkeit bei Umgebungstemperatur zu bewirken. Bei der Verdampfung der Arbeitsflüssigkeit nimmt der Verdampfer eine entsprechende Wärmemenge auf und kühlt somit die aus der Klimaanlage abgegebene Luft ab. Diese abgegebene Luft besitzt jedoch eine relativ hohe Feuchtigkeit, was der Gesundheit nicht zuträglich ist. Derartige Klimaanlagen kommen deshalb zweckmäßigerweise nur in extrem trockenen Gebieten zur Anwendung. Ein weiterer Mangel derartiger bekannter Klimaanlagen besteht in ihrer geringen Klimatisierungsleistung.

Neben solchen Verdampfer-Klimaanlagen sind auch Kompressor- Klimaanlagen bekannt. Der Kompressor dient hierbei zur Änderung des Druckes einer Arbeitssubstanz, d. h. eines Kühlmittels, innerhalb eines geschlossenen Kreislaufes. Hierbei gibt die Arbeitssubstanz bei der Verflüssigung und bei der Verdampfung Wärme ab bzw. nimmt Wärme auf. Solche Klimaanlagen sind jedoch relativ aufwendig. Zur Reduktion dieses Aufwands ist es bekannt, zum Abkühlen der Luft einen geschlossenen Kreis anzuwenden, wobei ein zyklisches Abkühlen durch ein kontinuierliches Absorbieren von Luft des zu klimatisierenden Raums erfolgt. Eine Absorption von Außenluft erfolgt hierbei jedoch nur äußerst eingeschränkt, so daß das Belüftungsvolumen einer solchen Anlage ca. 15% oder weniger beträgt. Daraus resultiert jedoch, daß die Luft im zu klimatisierenden Raum eher verunreinigt und sauerstoffärmer, d. h. die Luftqualität eher verschlechtert wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Klimaanlage zu schaffen, die bei einem relativ einfachen Aufbau die oben genannten Mängel nicht aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Klimaanlage sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die erfindungsgemäße Klimaanlage ist zum Abkühlen der in einem Raum vorhandenen Luft vorgesehen, sie beruht auf dem physikalischen Prinzip der Wärmeaufnahme durch Verdampfung einer Arbeitssubstanz, die sich an einem Verdampfungsfilm befindet, wobei die Verdampfung durch die Steuerung eines Luftstroms steuerbar ist.

Erfindungsgemäß ist ein Satz von Wärmeübertragungseinheiten in einem Gehäuse vorgesehen. Jede Wärmeübertragungseinheit ist auf einer Seite jeweils mit einem Verdampfungsfilm versehen. Die jeweils andere Seite dient zur Wärmeaufnahme.

Die erfindungsgemäße Klimaanlage weist ein dünnwandiges Gehäuse auf, das zum Einbau bspw. in der Wand eines Gebäudes z. B. bei einem Fenster vorgesehen ist, um Luft von außerhalb des Gebäudes aufzunehmen, sowie Luft vom Inneren des Gebäudes nach außen zu leiten. Auf diese Weise kann sauerstoffreiche Luft von außen in den zu klimatisierenden Raum eingeleitet werden, während sauerstoffarme verbrauchte Luft aus dem besagten Raum nach außen geleitet wird.

Die Wärmeübertragungseinheiten sind bei der erfindungsgemäßen Klimaanlage vorzugsweise kassettenähnlich ausgebildet und im Gehäuse der Klimaanlage derartig vorgesehen, daß sich jeweils Kanäle zum Verdampfen und Kanäle zur Wärmeaufnahme ergeben. Dabei wird vorzugsweise ein Aufbau mit einer großen Oberfläche für die Verdampfung sowie mit einer großen Oberfläche für die Abkühlung gewählt.

Auf der Oberseite des Gehäuses sind zweckmäßigerweise große Kanäle ausgebildet, wobei während der Klimatisierung zwei nicht austauschbare Gruppen von Kanälen zur Verdampfung bzw. zur Wärmeabgabe vorgesehen sind, um eine optimale Wärmeübertragung zu ermöglichen.

Für die Arbeitssubstanz, d. h. für die Arbeitsflüssigkeit, ist ein Behälter austauschbar vorgesehen. Im Behälter kann ein Filter angeordnet sein. Als Arbeitsflüssigkeit kann reines Wasser oder eine Lösung aus Wasser mit einem geringen Anteil an ungiftigem Glycerol verwendet werden.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles der erfindungsgemäßen Klimaanlage. Es zeigen:

Fig. 1 eine räumliche Darstellung der Klimaanlage in einer Ansicht von vorne,

Fig. 2 einen Schnitt durch die Klimaanlage gemäß Fig. 1,

Fig. 3 eine räumliche Explosionsdarstellung einer Wärmeübertragungseinheit des Satzes aus Wärmeübertragungseinheiten,

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht der Rückseite des Rahmens der Wärmeübertragungseinheit gemäß Fig. 3,

Fig. 5 eine teilweise aufgeschnittene Vorderansicht der Wärmeübertragungseinheit gemäß Fig. 3,

Fig. 6 eine teilweise aufgeschnittene Seitenansicht des Zusammenbaus der Wärmeübertragungseinheiten, und

Fig. 7 eine vergrößerte Darstellung des Details A in Fig. 6.

Wie aus den Fig. 1 und 2 ersichtlich ist, weist die Klimaanlage ein Gehäuse 1 mit Leitvorrichtungen 2 und 2′, zwei Ventilatoren 3 und 4, einen Satz Wärmeübertragungseinheiten 5 sowie einen Behälter 6 für die Arbeitssubstanz bzw. Arbeitsflüssigkeit auf.

Das Gehäuse 1 weist Lufteinsauglöcher 11 und Auslaßlöcher 12 sowie Saugöffnungen 13 und Auslaßöffnungen 14 auf. Luft wird vom Ventilator 3 für den Wärmeaustausch durch die Lufteinsauglöcher 11 eingesaugt und durch einen bestimmten Strömungskanal, der weiter unten erläutert wird, zu den einzelnen Wärmeübertragungseinheiten 5 geleitet. Danach wird frische kühle Luft durch die Auslaßlöcher 12 ausgegeben. Die Luft eines Raumes wird durch den Ventilator 4 in die Saugöffnungen 13 eingesaugt und durch den genannten bestimmten Kanal zur jeweiligen Wärmeübertragungseinheit 5 geleitet, von wo sie dann durch die Auslaßöffnungen 14 in die Umgebung ausströmt.

Dieses Einsaugen wird durch das Einleiten mittels des Ventilators 3, durch die Trennung mittels der Leitvorrichtung 2 und durch den oben erwähnten bestimmten Kanal in jeder Wärmeübertragungseinheit 5 ermöglicht. Der Luftausstoß wird durch das Einleiten mittels des Ventilators 3, durch die Trennung mittels der Leitvorrichtung 2′ und durch den bestimmten Kanal in jeder Wärmeübertragungseinheit 5 ermöglicht. Die eingesaugte und die ausgestoßene Luft strömen hierbei durch einen U-förmigen Kanal bzw. durch einen umgekehrt U-förmigen Kanal. Dabei wird eine Vermischung der eingesaugten Luft mit der auszustoßenden Luft verhindert.

Luftfilter 15, 16 sind an den Lufteinsauglöchern 11 und an den Saugöffnungen 13 vorgesehen.

Wie aus den Fig. 3 bis 6 ersichtlich ist, besteht jede Wärmeübertragungseinheit 5 aus einem Rahmen 51, einem U- förmigen Metallblech 52, einer gefalteten Wärmeführungsplatte 53 und einem Auslaßrohr 54 für die Arbeitsflüssigkeit.

Der Rahmen 51 ist kassettenartig flach ausgebildet, er besteht aus Säulen 511, einer oberen Trennungsplatte 512 und einer unteren Trennungsplatte 513. Die Säulen 511 weisen eine Anzahl Stifte 514, Löcher 515, Befestigungsblöcke 516 sowie Befestigungslöcher 517 auf. Durch Einstecken der Stifte 514 in die Löcher 515 und durch Einrasten der Befestigungsblöcke 516 jedes Rahmens 51 in die Befestigungslöcher 517 der benachbarten Wärmeübertragungseinheit 5 ist eine sichere Verbindung der Wärmeübertragungseinheiten 5 zu einem Satz derselben möglich.

Das U-förmige Metallblech 52 ist über der unteren Trennungsplatte 513 des Rahmens 51 montiert. Im Inneren des U- förmigen Metallblechs 52 ist eine gefaltete Wärmeführungsplatte 53 angeordnet. Das U-förmige Metallblech 52 weist eine hohe Wärmeleitfähigkeit auf, es ist mit einer oberen Öffnung 521 und mit einer unteren Abdichtung 522 ausgebildet. Das U-förmige Metallblech 52 ist außenseitig mit einem Verdampfungsfilm 55 ausgebildet, der weiter unten beschrieben wird. Die Breite des U-förmigen Metallblechs ist derartig dimensioniert, daß es auf der einen Seite des Rahmens 51 zwischen den Säulen 511 angeordnet werden kann. Die Höhe des U-förmigen Metallblechs 52 ist gleich groß wie die des Rahmens 51.

Die gefaltete Wärmeleitplatte 53 besitzt eine hohe Wärmeleitfähigkeit. Die Breite der Wärmeleitplatte 53 stimmt mit der Breite des U-förmigen Metallblechs 52 und ihre Dicke stimmt mit der inneren Dicke, d. h. mit dem lichten Abstand des U-förmigen Metallblechs 52 überein. Die Höhe der gefalteten Wärmeleitplatte 53 ist niedriger als die innere Höhe des U- förmigen Metallblechs 52, so daß zwischen der Unterseite der gefalteten Wärmeleitplatte 53 und der unterseitigen Abdichtung 522 des U-förmigen Metallblechs 52 ein Zwischenraum gegeben ist. Dieser Zwischenraum dient als Umleitungskammer 56 für den Luftstrom.

Durch das U-förmige Metallblech 52 und durch die darin angeordnete gefaltete Wärmeleitplatte 53 werden eine Anzahl länglicher Kanäle festgelegt, in welchen die Temperatur der Luft und die Temperatur des Metallblechs 52 durch Wärmeaustausch innerhalb kurzer Zeit aneinander angeglichen werden.

Der Abschnitt über der gefalteten Wärmeleitplatte 53 und unter der Wärmeleitvorrichtung 2 unterteilt die gefaltete Wärmeleitplatte 53 in einen äußeren Kanal 531 und in einen inneren Kanal 532. Jeder der genannten Kanäle 531, 532 kann im Bedarfsfall abgedichtet werden.

Luft von außen, bei der es sich um Frischluft handelt, wird durch die äußeren Kanäle 531 der gefalteten Wärmeleitplatten 53 zugeführt, in der jeweiligen Umleitungskammer 56 umgelenkt und anschließend durch die inneren Kanäle 532 hindurchgeleitet, wie aus den Fig. 3 und 5 ersichtlich ist.

Auf der anderen Seite des Rahmens 51 befindet sich unter der oberen Trennungsplatte 512 das Auslaßrohr 54 für die Arbeitsflüssigkeit. Ein zwischen den Säulen 511 vorgesehener Balken 518 ist mit einer Anzahl von senkrecht angeordneten Trennplatten 519 verbunden. Die Rückseite der Trennplatten 519 ist mit der unteren Trennungsplatte 513 fest verbunden. Zwischen dem Abschnitt über den Trennplatten 519 und der oberen Trennungsplatte 512 ist ein bestimmter Zwischenraum gegeben. Jede Seite der Trennungsplatten 519 ist mit dem Verdampfungsfilm 55 kontaktiert, der auf der Außenseite des U- förmigen Metallblechs 52 vorgesehen ist. Vom Rahmen kann auf allen Seiten jeder Trennplatte 519 ein Kanal gebildet werden, so daß die Umleitungskammer 56 zwischen den Trennplatten 519 und der oberen Trennungsplatte 512 vorgesehen ist.

Zwischen dem Abschnitt unter den Trennplatten 519 und dem Gehäuse (sh. Fig. 4) ist eine Platte angeordnet. Hierdurch sind die Kanäle neben den Trennplatten in innere und äußere Abschnitte unterteilt. Die in einem zu klimatisierenden Raum befindliche Luft wird durch die Saugöffnungen 13 eingesaugt und strömt dann durch die inneren Kanäle 532 zur Umleitungskammer 56, wo die Luft umgelenkt wird. Anschließend strömt die Luft durch die äußeren Kanäle 531 abwärts und wird durch die Auslaßöffnungen 14 nach außen geleitet.

Der Verdampfungsfilm 55 besteht z. B. aus einem korrosionsbeständigen wasseraufnahmefähigen groben Tuch mit Ösen, das einlagig oder mehrlagig wie eine Decke ausgebildet ist und das bspw. aus Polyacryl-Viskosefasern gefaltet ist.

Beim Ausgeben der Arbeitssubstanz bzw. -flüssigkeit, bei der es sich um klares Wasser handeln kann, aus dem Auslaßrohr 54, wird der Verdampfungsfilm 55 unter dem Auslaßrohr 54 mit der Flüssigkeit benetzt. Die Arbeitsflüssigkeit fließt infolge Schwerkraft nach unten. Die nach unten fließende Arbeitsflüssigkeit wird durch die in die Klimaanlage eingeleitete Luft des zu klimatisierenden Raumes verdampft. Hierbei nimmt die Luft die vom U-förmigen Metallblech 52 ausgehende Wärmemenge auf. Infolge der Wärmeübertragung nimmt das U-förmige Metallblech 52 selbst die Wärme von der gefalteten Wärmeleitplatte 53 auf. Das Metallblech 52 und die gefaltete Wärmeleitplatte 53 nehmen die Wärme aus dem induzierten, von außen kommenden vorbeifließenden Luftstrom auf. Der Wärmeaustausch findet dabei in den jeweiligen U- förmigen Kanälen statt, so daß die von außen eingeleitete Luft allmählich abgekühlt wird.

Der Behälter 6 dient zur Aufnahme der Arbeitssubstanz bzw. Arbeitsflüssigkeit, er weist ein Wasserventil 61, ein Filter 62, sowie eine Wasserschale 63 auf und ist mit einer Pumpe 64 verbunden. Durch die Pumpe 64 wird die Arbeitsflüssigkeit in bestimmten Abständen zum Verteilerrohr 65 transportiert, das sich über dem Satz Wärmeübertragungseinheiten 5 befindet. Vom Verteilerrohr 65 fließt die Arbeitsflüssigkeit zum Auslaßrohr 54, von wo sie dann infolge Schwerkraft nach unten zum Verdampfungsfilm 55 und an diesem entlangströmt. Von dort fließt die Arbeitsflüssigkeit nach unten zur Wasserschale 63. Hier wird die Arbeitsflüssigkeit gesammelt und in den Behälter 6 zurückgeleitet.

Eine bewegliche Platte 66 ist zum Einfüllen der Arbeitssubstanz in den Behälter 6 und zum Entleeren der Arbeitssubstanz aus dem Behälter 6 abnehmbar vorgesehen. Zu diesem Zwecke wird bspw. wie folgt vorgegangen: Das Ventil 61 wird zuerst geschlossen, um den Durchgang der Arbeitssubstanz vom Behälter 6 zur Pumpe 64 zu unterbrechen. Danach kann dann der Behälter 6 zum Auswaschen aus dem Gehäuse 1 entnommen werden.

Claims (3)

1. Frischluft-Klimaanlage, gekennzeichnet durch ein Gehäuse (1), in dem zwei Ventilatoren (3, 4), ein Satz Wärmeübertragungseinheiten (5), ein Behälter (6) für eine Arbeitsflüssigkeit, und eine Pumpe (64) angeordnet sind, wobei der Ventilator (3) zum Einleiten von Luft von außen durch den Satz Wärmeübertragungseinheiten (5) in einen zu klimatisierenden Raum und der Ventilator (4) zum Ausleiten von Luft aus dem Raum durch den Satz Wärmeübertragungseinheiten (5) nach außen vorgesehen ist, jede Wärmeübertragungseinheit (5) zwei Seiten festlegt, von welchen die eine Seite zum Ein- und Umleiten der im Raum befindlichen Luft nach außen und die andere Seite zum Ein- und Umleiten der Luft von außen in den Raum dient, der Behälter (6) und die Pumpe (64) zur Belieferung der Wärmeübertragungseinheiten (5) mit der Arbeitsflüssigkeit vorgesehen ist, und jede Wärmeübertragungseinheit (5) zwei Kanäle aufweist, die zur Wärmeübertragung in den Wärmeübertragungseinheiten (5) dienen und nicht miteinander verbunden sind, wobei die Luft von außen durch den einen der beiden Kanäle in den Raum eingeleitet wird, während durch den anderen Kanal im Raum befindliche Luft nach außen geleitet wird.

2. Frischluft-Klimaanlage nach Anspruch 1, daß jede Wärmeübertragungseinheit (5) einen U-förmigen Kanal (531, 532) und einen umgekehrt U-förmigen Kanal (532, 531) aufweist.

3. Frischluft-Klimaanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Wärmeübertragungseinheit (5) an einer Seite ein U-förmiges Metallblech (52) aufweist, das beidseitig mit einem Verdampfungsfilm (55) versehen ist, und in welchem eine gefaltete Luftführungsplatte (53) angeordnet ist, und daß jede Wärmeübertragungseinheit (5) an ihrer anderen Seite Trennungsplatten (512, 513) und ein Auslaßrohr (54) für die Arbeitsflüssigkeit aufweist.