DE69931811T2

DE69931811T2 - Klimaanlage

Info

Publication number: DE69931811T2
Application number: DE69931811T
Authority: DE
Inventors: Chun-Cheng Kanaoka Factory Sakai-shi PIAO; Manabu Kanaoka Factory Sakai-shi YOSHIMI; Ryuichi Kanaoka Factory Sakai-shi SAKAMOTO; Kazuo Kanaoka Factory Sakai-shi YONEMOTO; Shotaro Kanaoka Factory Sakai-shi MISHINA; Akira Kanaoka Factory Sakai-shi KAMINO
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 1998-12-16
Filing date: 1999-12-09
Publication date: 2006-11-16
Anticipated expiration: 2019-12-10
Also published as: CN1330756A; WO2000036345A1; DE69931811D1; CN100458309C; JP2000179963A; US6792771B2; EP1143208A4; US20030209028A1; EP1143208A1; EP1143208B1; US6539744B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Luftkreislauf-Klimaanlagen-Vorrichtung, bei der Luft als Kältemittel verwendet wird, und insbesondere ein System zur Verbesserung des Wirkungsgrads.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Kühlvorrichtungen des Luftkreislauftyps, bei denen Luft als Kältemittel dient, sind nach dem Stand der Technik herkömmlicherweise bekannt. Beispielsweise wird im japanischen Patentblatt für ungeprüfte Patentanmeldungen Nr. S62-102061 ein Typ einer Luftkreislauf-Kühlvorrichtung offenbart. Dieser Typ von Kühlvorrichtung umfasst einen Kompressor, einen Wärmetauscher und eine Ausdehnungsvorrichtung. Das heißt, Luft wird in den Kompressor eingezogen, wo sie komprimiert wird. Die komprimierte Luft wird im Wärmetauscher gekühlt und anschließend in der Ausdehnungsvorrichtung ausgedehnt, damit Niedrigtemperaturluft mit niedriger Temperatur erhalten wird. In der im vorgenannten Patentblatt beschriebenen Kühlvorrichtung wird die auf diese Weise erhaltene Kühlluft verwendet, um die Kühlung eines Rauminneren zu erreichen. Ferner wird in der Kühlvorrichtung die in der Ausdehnungsvorrichtung ausgedehnte Niedrigtemperaturluft mit Wasser besprüht, so dass die Temperatur der Niedrigtemperaturluft durch Verdampfen des Wassers zur Erhöhung der Kühlleistung noch weiter gesenkt wird.
Die Patentschrift GB-A-871 877 offenbart eine Klimaanlagen-Vorrichtung, die einen Kompressor, einen Wärmetauscher und eine Turbine umfasst. Im Kompressor komprimierte Luft wird durch den Wärmetauscher geleitet, wo sie mittels aus dem zu kühlenden Raum ausgestoßener Abluft gekühlt wird. Nach Durchlaufen des Wärmetauschers wird komprimierte, gekühlte Luft in der Turbine ausgedehnt und dadurch weiter gekühlt. Die Luft wird dann dem Raum zugeführt.
Die Patentschrift EP-A-0 701 916 ist auf ein Klimaanlagen-System gerichtet, das in einer ersten Betriebsart zur Kühlung eines Raums mittels Zufuhr eines Stroms von Niedrigtemperaturluft und zum Heizen eines Raums mittels Zufuhr eines Stroms von Hochtemperaturluft angepasst ist. Das System umfasst Luftkompressormittel und Ausdehnungsturbinenmittel, einen Wärmetauscher sowie Ventilmittel, die zwischen verschiedenen Stellungen beweglich sind, so dass dem Raum der gewünschte Strom von Niedrigtemperaturluft bzw. Hochtemperaturluft zugeführt werden kann. Aus dieser Schrift ist ferner bekannt, dass im Wärmetauscher kondensiertes Wasser in einen Strom von Kühlluft gesprüht wird, um die Temperatur weiter zu senken.
ZU LÖSENDE PROBLEME
Bei der vorgenannten, herkömmlichen Kühlvorrichtung erfolgt die Kühlung von im Kompressor komprimierter Luft jedoch mittels Wärmeaustausch mit der Außenluft. Wenn die Temperatur der Außenluft im Sommer 35° C erreicht, ist es für die Kühlvorrichtung unmöglich, die Temperatur der komprimierten Luft auf unter 40° C zu senken. Demgemäß muss das Kompressionsverhältnis des Kompressors erhöht werden, damit auch bei hoher Außentemperatur die Kühlleistung gewährleistet ist. Dies führt dazu, dass die Antriebsleistung des Kompressors erhöht werden muss, was das Problem eines geringen Kühlungswirkungsgrads, das heißt eines niedrigen LK (Leistungskoeffizienten), mit sich bringt.
Die oben genannten Nachteile des Stands der Technik wurden bei der Ausführung der vorliegenden Erfindung im Auge behalten. Demgemäß liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten LK vorzusehen und gleichzeitig die Kühlleistung einer Luftkreislauf-Klimaanlagen-Vorrichtung zu erhalten.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Bei der vorliegenden Erfindung wird die Temperatur von gekühlter Druckluft gesenkt, und die Kompressorantriebskraft kann bei Beibehaltung der Kühlleistung verringert werden.
Insbesondere offenbart die vorliegende Erfindung ein erstes Lösemittel, das auf eine Klimaanlagen-Vorrichtung zur Kühlung von Raumluft mittels eines Luftkreislaufs gerichtet ist, der Luft als Kältemittel verwendet und dabei eine Luftkühlung durchführt. Die Klimaanlagen-Vorrichtung gemäß dem ersten Lösemittel umfasst einen Kompressor (21), der zumindest Luft in einen Raum zum Komprimieren der eingezogenen Raumluft einzieht, ein Kühlmittel (30), das die im Kompressor (21) komprimierte Druckluft einem Wärmeaustausch mit zum Kühlen der Druckluft aus dem Raum ausgestoßener Abluft unterzieht, und eine Ausdehnungsvorrichtung (23), die eine Ausdehnung der von den Kühlmitteln (30) gekühlten Druckluft vorsieht, wobei Luft mit niedriger Temperatur, die durch die Ausdehnung in der Ausdehnungsvorrichtung (23) gekühlt wurde, dem Raum zugeführt wird.
Ferner umfasst die Klimaanlagen-Vorrichtung Befeuchtungsmittel (41), die Feuchtigkeit an die den Kühlmitteln (30) zur Vorkühlung der Abluft zugeführte Abluft abgeben, und Befeuchtungsmittel (42), die die Abluft so befeuchten, dass die Kühlung der Druckluft unter Verwendung einer latenten Wasserverdampfungswärme in den Kühlmitteln (30) erfolgt, wobei, wenn die Abluft aus den Kühlmitteln (30) ausgestoßen wird, jedes Befeuchtungsmittel (41, 42) eine bestimmte Menge an Feuchtigkeit an die Abluft abgibt, so dass die Abluft eine relative Feuchtigkeit in einem Bereich zwischen mindestens 80% und weniger als 100% aufweist.
Ferner offenbart die vorliegende Erfindung ein zweites Lösemittel gemäß dem ersten Lösemittel, bei dem jedes Befeuchtungsmittel (41, 42) Feuchtigkeit durch eine feuchtigkeitsdurchlässige Membran, durch die Feuchtigkeit übertragen werden kann, an die Abluft abgibt.
Ferner offenbart die vorliegende Erfindung ein drittes Lösemittel gemäß dem ersten Lösemittel, bei dem ein Entfeuchtungsmittel (22) mit einer Trennmembran angeordnet ist, wobei die Trennmembran so ausgebildet ist, dass es in der Luft enthaltenem Wasserdampf erlaubt wird, von einer Wasserdampfseite der Trennmembran mit hohem Partialdruck zu einer Wasserdampfseite der Trennmembran mit niedrigem Partialdruck hindurchzugelangen, um in der Druckluft enthaltenen Wasserdampf abzuscheiden, ohne zu bewirken, dass eine Kondensation des Wasserdampfs stattfindet.
Ferner offenbart die vorliegende Erfindung ein viertes Lösemittel gemäß dem dritten Lösemittel, bei dem ein Druck abbauendes Mittel (36) angeordnet ist, das einen Druckabbau auf einer der Seiten der Trennmembran in dem Entfeuchtungsmittel (22) derart vorsieht, dass eine Partialdruckdifferenz des Wasserdampfs zwischen den beiden Seiten der Trennmembran gewährleistet ist.
Ferner offenbart die vorliegende Erfindung ein fünftes Lösemittel gemäß dem ersten oder zweiten Lösemittel, bei dem ein Entfeuchtungsmittel (22) mit einer Trennmembran angeordnet ist, wobei die Trennmembran so ausgebildet ist, dass es in der Luft enthaltenem Wasserdampf erlaubt wird, von einer Wasserdampfseite der Trennmembran mit hohem Partialdruck zu einer Wasserdampfseite der Trennmembran mit niedrigem Partialdruck hindurchzugelangen, um in der Druckluft enthaltenen Wasserdampf abzuscheiden, ohne zu bewirken, dass der Wasserdampf einer Kondensation unterzogen wird.
Ferner offenbart die vorliegende Erfindung ein sechstes Lösemittel gemäß dem fünften Lösemittel, bei dem ein Druck abbauendes Mittel (36) angeordnet ist, das einen Druckabbau auf einer der Seiten der Trennmembran in dem Entfeuchtungsmittel (22) derart vorsieht, dass eine Partialdruckdifferenz des Wasserdampfs zwischen den beiden Seiten der Trennmembran gewährleistet ist.
Ferner offenbart die vorliegende Erfindung ein siebtes Lösemittel gemäß dem dritten oder fünften Lösemittel, bei dem das Entfeuchtungsmittel (22) so ausgebildet ist, dass eine der Oberflächen der Trennmembran mit der Druckluft in Berührung gebracht wird, während die andere der Oberflächen mit der Abluft in Berührung gebracht wird, wodurch in der Druckluft enthaltener Wasserdampf zur Abluft hinüberwandert.
Ferner offenbart die vorliegende Erfindung ein achtes Lösemittel gemäß dem dritten bis sechsten Lösemittel, bei dem ein Teil oder die Gesamtheit der durch das Entfeuchtungsmittel (22) von der Druckluft abgeschiedenen Feuchtigkeit zusammen mit Niedrigtemperaturluft von der Ausdehnungsvorrichtung (23) in den Raum abgegeben wird.
Ferner offenbart die vorliegende Erfindung ein neuntes Lösemittel gemäß dem sechsten Lösemittel, bei dem ein Teil oder die Gesamtheit der durch das Entfeuchtungsmittel (22) von der Druckluft abgeschiedenen Feuchtigkeit von den Befeuchtungsmitteln (41, 42) an die Abluft abgegeben wird.
Ferner offenbart die vorliegende Erfindung ein zehntes Lösemittel gemäß dem dritten bis neunten Lösemittel, bei dem die Trennmembran aus einer Polymer-Membran besteht und so ausgebildet ist, dass sie es Wasserdampf erlaubt, mittels Diffusion von Wassermolekülen in der Membran durch sie hindurchzugelangen.
Ferner offenbart die vorliegende Erfindung ein elftes Lösemittel gemäß dem dritten bis neunten Lösemittel, bei dem die Trennmembran eine große Anzahl von Poren mit einer der freien Weglänge eines Moleküls entsprechenden Größe aufweist und so ausgebildet ist, dass sie es Wasserdampf erlaubt, durch Kapillarkondensation und Diffusion von Wassermolekülen durch sie hindurchzugelangen.
Ferner offenbart die vorliegende Erfindung ein zwölftes Lösemittel gemäß dem ersten bis elften Lösemittel, bei dem der Kompressor (21) so ausgebildet ist, dass er Raumluft und von außerhalb des Raums dem Rauminneren zugeführte Zuluft einzieht.
Schließlich offenbart die vorliegende Erfindung ein dreizehntes Lösemittel gemäß dem ersten bis zwölften Lösemittel, bei dem Luft mit niedriger Temperatur aus der Ausdehnungsvorrichtung (23) mit Raumluft vermischt wird und anschließend diese Mischung dem Raum zugeführt wird.
WIRKUNGSWEISE
Beim ersten Lösemittel komprimiert der Kompressor (21) zumindest Raumluft, die dann zu Druckluft unter hohem Druck wird. Die Druckluft wird im Kühlmittel (30) gekühlt und anschließend in der Ausdehnungsvorrichtung (23) ausgedehnt, um zu Niedrigtemperaturluft zu werden. Die Niedrigtemperaturluft wird dem Raum zugeführt, um diesen zu kühlen. Hier entspricht die Temperatur der aus dem Rauminneren zum Zweck der Belüftung usw. ausgestoßenen Abluft annähernd der Raumtemperatur und ist daher niedriger als die Außenlufttemperatur. Beim vorliegenden Lösemittel wird Druckluft im Kühlmittel (30) mit Abluft gekühlt, deren Temperatur niedriger ist als die der Außenluft.
Ferner führt beim ersten Lösemittel das Befeuchtungsmittel (41) der Abluft Feuchtigkeit zu, so dass die Temperatur der Abluft durch Verdampfen der zugeführten Feuchtigkeit unter die Temperatur der Raumluft gesenkt wird. Anschließend wird im Kühlmittel (30) die Abluft, deren Temperatur niedriger ist als die Raumtemperatur, einem Wärmeaustausch mit Druckluft unterzogen.
Ferner führt beim ersten Lösemittel das Befeuchtungsmittel (42) der Abluft Feuchtigkeit zu, und das Kühlmittel (30) nutzt eine spürbare Wärme der Abluft und eine latente Verdampfungswärme der Feuchtigkeit zur Kühlung der Druckluft. Das heißt, dass im Kühlmittel (30) die Druckluft gekühlt wird, während andererseits die Abluft erwärmt wird, und die der Abluft zugeführte Feuchtigkeit wird verdampft. Zu diesem Zeitpunkt wird der Temperaturanstieg der Abluft durch ein solches Verdampfen der Feuchtigkeit unterdrückt, wodurch ein Temperaturunterschied zwischen der Abluft und der Druckluft beibehalten wird.
Ferner führen beim ersten Lösemittel die Befeuchtungsmittel (41, 42) der Abluft innerhalb eines Bereichs, in dem beim Abführen aus dem Kühlmittel (30) keine Kondensation in der Abluft stattfindet, die größtmögliche Menge Feuchtigkeit zu. Demgemäß erfolgt die Kühlung der Druckluft durch Nutzung einer latenten Verdampfungswärme der Feuchtigkeit in vollem Umfang.
Ferner wird beim zweiten Lösemittel die Feuchtigkeit mittels den Feuchtigkeitsmitteln (41, 42) allmählich durch eine spezifische feuchtigkeitsdurchlässige Membran hindurch an die Abluft abgegeben.
Ferner entzieht beim dritten oder fünften Lösemittel das Entfeuchtungsmittel (22) der im Kompressor (21) komprimierten Luft Feuchtigkeit. Da das Entfeuchtungsmittel (22) eine spezifische Trennmembran aufweist, wird zu diesem Zeitpunkt die Feuchtigkeit der Druckluft entzogen und bleibt in Form von Wasserdampf übrig.
Ferner gewährleistet beim vierten oder sechsten Lösemittel der mittels des Druck abbauenden Mittels (36) vorgesehene Druckabbau die Entstehung einer Partialdruckdifferenz des Wasserdampfs zwischen den beiden Seiten der Trennmembran. Das heißt, dass eine Oberfläche der Trennmembran mit Druckluft in Berührung kommt und die andere Oberfläche mittels des Druck abbauenden Mittels (36) einem Druckabbau unterzogen wird. Demgemäß wird der Partialdruck des Wasserdampfs der anderen Oberflächenseite der Trennmembran unter dem Druck der Druckluft gehalten.
Ferner wird beim siebten Lösemittel eine Oberfläche der Trennmembran mit Druckluft in Berührung gebracht, und ihre andere Oberfläche wird mit Abluft in Berührung gebracht. Demgemäß wandert bei einer Betriebsbedingung, in der die Abluft einen niedrigeren Partialdruck des Wasserdampfs aufweist als die Druckluft, Feuchtigkeit aus der Druckluft ohne Einwirkung von außen zur Abluft hinüber.
Ferner wird beim achten Lösemittel von der Druckluft abgeschiedene Feuchtigkeit zur Raumbefeuchtung verwendet. Wenn Feuchtigkeit von der Druckluft abgeschieden wird, kann dies an dieser Stelle zu einem allmählichen Absinken der Luftfeuchtigkeit im Raum führen. Andererseits wird beim vorliegenden Lösemittel die Gesamtheit der abgeschiedenen Feuchtigkeit oder ein Teil davon in den Raum zurückgeführt, wodurch ein Schutz gegen ein übermäßiges Absinken der Luftfeuchtigkeit im Raum vorgesehen wird.
Ferner wird im neunten Lösemittel von der Druckluft abgeschiedene Feuchtigkeit mittels der Befeuchtungsmittel (41, 42) der Abluft zugeführt, und eine latente Verdampfungswärme dieser Feuchtigkeit wird zu Kühlung von Druckluft im Kühlmittel (30) genutzt.
Ferner ist im zehnten oder elften Lösemittel die Trennmembran mittels eines bestimmten Prozesses so ausgebildet, dass sie es Wasserdampf erlaubt, durch sie hindurchzugelangen.
Ferner wird im zwölften Lösemittel von außerhalb des Raums dem Rauminneren zugeführte Zuluft zusammen mit Raumluft dem Kompressor (21) zugeführt. Die Zuluft dient der Belüftung, und die Temperatur der Zuluft ist im Wesentlichen gleich der Außenlufttemperatur. Zusammen mit der Raumluft strömt die Zuluft durch den Kompressor (21), durch das Kühlmittel (30) und durch die Ausdehnungsvorrichtung (23) (in dieser Reihenfolge). Nachdem sie gekühlt wurde, wird die Zuluft dem Raum zugeführt.
Ferner wird beim dreizehnten Lösemittel sogar dann, wenn die Temperatur der Niedrigtemperaturluft in Abhängigkeit von der Betriebsbedingung beträchtlich sinkt, die Niedrigtemperaturluft mit Mischluft vermischt, wodurch die Temperatur der Niedrigtemperaturluft bei der Zuführung zum Raum nicht so niedrig wird.
WIRKUNGEN
Gemäß den oben beschriebenen Lösemitteln erfolgt eine Kühlung von Druckluft unter Verwendung von Abluft. Dies ermöglicht es, die Druckluft im Vergleich zur Kühlung mit Außenluft auf niedrigere Temperaturen herunterzukühlen. Aus diesem Grund ist es möglich, eine Verringerung der Leistungsaufnahme des Kompressors (21) zu erreichen und gleichzeitig die Kühlleistung aufrechtzuerhalten, wodurch ein verbesserter LK vorgesehen wird.
Bezüglich des obigen Punkts wird eine Beschreibung unter Bezugnahme auf einen Graphen von 3 gegeben. Wenn Druckluft mittels Außenluft gekühlt wird, ist es zunächst erforderlich, das Kompressionsverhältnis so zu erhöhen, dass die Druckluft in die Lage versetzt wird, Wärme an die Außenluft abzugeben. Insbesondere ist es erforderlich, dass die Luft von Punkt A bis Punkt B' komprimiert wird, und Wcom' ist eine Kompressionsarbeit eines Kompressors (21). Die Druckluft wird von Punkt B' bis Punkt C' gekühlt und anschließend von Punkt C' bis Punkt D einer Ausdehnung in der Ausdehnungsvorrichtung (23) unterzogen und wird somit zu Niedrigtemperaturluft. Zu diesem Zeitpunkt ist Wexp' eine Rückgewinnungsarbeit der Ausdehnungsvorrichtung (23). Daher ist die erforderliche Leistungsaufnahme gleich (Wcom' – Wexp).
Wenn andererseits Druckluft mittels Abluft gekühlt wird, deren Temperatur niedriger ist als die der Außenluft, wird es der Druckluft ermöglicht, selbst bei einem geringen Kompressionsverhältnis Wärme an die Abluft abzugeben. Insbesondere genügt die Kompression der Luft von Punkt A bis Punkt B, und Wcom ist eine Kompressionsarbeit des Kompressors (21). Die Druckluft wird von Punkt B bis Punkt C heruntergekühlt und anschließend von Punkt C bis Punkt D einer Ausdehnung in der Ausdehnungsvorrichtung (23) unterzogen und wird auf diese Weise zu Niedrigtemperaturluft. Zu diesem Zeitpunkt ist Wexp eine Rückgewinnungsarbeit der Ausdehnungsvorrichtung (23). Daher ist die erforderliche Leistungsaufnahme gleich (Wcom – Wexp).
Wenn demgemäß Druckluft mittels Abluft gekühlt wird, verringert dies die erforderliche Leistungsaufnahme von (Wcom' – Wexp) auf (Wcom – Wexp). In beiden Fällen ist Qref die Kühlleistung. Hier wird der LK durch Dividieren der Kühlleistung durch die Leistungsaufnahme ermittelt. Demgemäß ermöglicht es die Anordnung, bei der Druckluft mittels Abluft gekühlt wird, eine Verringerung der Leistungsaufnahme zu erreichen und gleichzeitig die Kühlleistung aufrechtzuerhalten, wodurch ein verbesserter LK erreicht wird.
Ferner ist es gemäß dem ersten Lösemittel möglich, die Kühlung der Druckluft mittels Außenluft durchzuführen, deren Temperatur im Vergleich zur Raumtemperatur weiter gesenkt wurde. Aus diesem Grund ist es möglich, die Druckluft auf noch niedrigere Temperaturen abzukühlen und dadurch einen weiter verbesserten LK zu erreichen.
Ferner ist es gemäß dem ersten Lösemittel möglich, den Temperaturanstieg der Abluft in den Kühlmitteln (30) durch Verdampfen der zugeführten Feuchtigkeit zu unterdrücken. Dies ermöglicht es, einen Temperaturunterschied zwischen der Abluft und der Druckluft aufrechtzuerhalten und daher den Wärmeübergang von der Druckluft auf die Abluft zu fördern. Als Ergebnis ist es möglich, die Druckluft auf eine noch niedrigere Temperatur herunterzukühlen und dadurch einen noch weiter verbesserten LK zu erreichen.
Ferner wird gemäß dem ersten Lösemittel die latente Feuchtigkeitsverdampfungswärme zur Kühlung der Druckluft in vollem Umfang in einem Bereich genutzt, in dem in der Abluft keine Kondensation stattfindet. Aus diesem Grund ist es möglich, Druckluft durch Nutzung der latenten Feuchtigkeitsverdampfungswärme zu kühlen, ohne dass die Notwendigkeit einer Kondensataufbereitung besteht.
Ferner wird gemäß dem zweiten Lösemittel der Abluft nach und nach Feuchtigkeit zugeführt, wodurch gewährleistet wird, dass die zugeführte Feuchtigkeit in der Abluft wirklich verdampft wird. Dies führt dazu, dass die der Abluft zugeführte Feuchtigkeit nicht in der flüssigen Phase verbleibt. Demgemäß wird latente Flüssigkeitsverdampfungswärme in vollem Umfang zur Kühlung von Druckluft genutzt, ohne dass eine Kondensataufbereitung überhaupt in Betracht gezogen wird.
Ferner ist es gemäß dem dritten oder fünften Lösemittel möglich, die Druckluft nach dem Abscheiden von Feuchtigkeit von der Druckluft der Ausdehnungsvorrichtung (23) zuzuführen. Dies ermöglicht es, eine Ausdehnung der Druckluft vorzusehen, die dabei nicht viel Feuchtigkeit enthält, wodurch das Auftreten von Kondensation in der Niedrigtemperaturluft nach der Ausdehnung verhindert wird. Dies führt dazu, dass es möglich wird, eine Raumkühlung durchzuführen und gleichzeitig zu verhindern, dass Flüssigkeitströpfchen zusammen mit der Niedrigtemperaturluft in den Raum abgegeben werden.
Ferner ist es gemäß dem vorliegenden Lösemittel möglich, Feuchtigkeit in der Form von Wasserdampf von der Druckluft abzuscheiden, ohne dass Kondensation auftritt. Dies führt dazu, dass es möglich ist, die Kühlleistung zu erhöhen, wodurch ein verbesserter LK erreicht wird.
Bezüglich des obigen Punkts wird eine Beschreibung unter Bezugnahme auf einen Graphen von 4 gegeben. Zunächst ist für einen Fall, in dem die Feuchtigkeit der Druckluft nicht entzogen wird, durch Punkt A, Punkt B, Punkt C' und Punkt D' ein Kühlkreislauf angegeben, und Qref ist die Kühlleistung. Wenn Feuchtigkeit von der Druckluft in Form von Wasserdampf abgeschieden wird, ist es andererseits möglich, die Enthalpie der Druckluft nach der Kühlung mittels der im abgeschiedenen Wasserdampf herrschenden Enthalpie zu senken. Insbesondere kann die Druckluft in den Zustand von Punkt C versetzt werden, und für diesen Fall ist durch Punkt A, Punkt B, Punkt C und Punkt D ein Kühlkreislauf angegeben, und Qref ist die Kühlleistung. Die beiden Fälle sind im Wesentlichen identisch, und zwar nicht nur in der Kompressionsarbeit des Kompressors (21), sondern auch bezüglich der Rückgewinnungsarbeit der Ausdehnungsvorrichtung (23), so dass die Leistungsaufnahme wenig variiert. Demgemäß ist es möglich, die Kühlleistung von Qref' auf Qref zu erhöhen, ohne die Leistungsaufnahme zu erhöhen, wodurch ein verbesserter LK erreicht wird.
Ferner ist es gemäß dem vierten oder sechsten Lösemittel möglich, mittels des Druck abbauenden Mittels (36) in jeglicher Betriebsbedingung eine Partialdruckdifferenz des Wasserdampfs zwischen den beiden Seiten der Trennmembran zu gewährleisten. Demgemäß ist es möglich, mittels der Trennmembran jederzeit Wasserdampf von der Druckluft abzuscheiden, wodurch es möglich wird, einen stabilen Betrieb vorzusehen und gleichzeitig einen verbesserten LK zu erreichen. Ferner ist es möglich, sogar bei der Inbetriebnahme eine Partialdruckdifferenz des Wasserdampfs zwischen den beiden Seiten der Trennmembran zu gewährleisten. Demgemäß ist es gemäß dem vorliegenden Lösemittel möglich, die Zeit von der Inbetriebnahme bis zum Erreichen einer ausreichenden Kühlleistung zu verkürzen.
Ferner ist es gemäß dem siebten Lösemittel möglich, von der Druckluft abgeschiedenen Wasserdampf zusammen mit Abluft nach außerhalb des Raums abzuführen. Dies beseitigt die Notwendigkeit, eine Struktur zur Aufbereitung des abgeschiedenen Wasserdampfs vorzusehen, wodurch eine Strukturvereinfachung erreicht wird.
Ferner ist es gemäß dem achten Lösemittel möglich, einen Schutz entgegen ein übermäßiges Abfallen der Luftfeuchtigkeit im Raum vorzusehen, was es ermöglicht, nicht nur die Raumtemperatur, sondern auch die Luftfeuchtigkeit des Raums jeweils in einem spezifischen Bereich aufrechtzuerhalten, um den Komfort für die im Raum befindliche Person zu verbessern.
Ferner ist es gemäß dem neunten Lösemittel möglich, von der Druckluft abgeschiedene Feuchtigkeit zur Kühlung der Druckluft im Kühlmittel (30) zu verwenden. Somit wird es möglich, die für den Betrieb erforderliche Wassermenge zu verringern.
Ferner ist es gemäß dem zehnten oder elften Lösemittel möglich zu gewährleisten, dass eine Trennmembran mit einer spezifischen Funktion tatsächlich ausgebildet wird.
Ferner ist es gemäß dem zwölften Lösemittel möglich, einen Betrieb durchzuführen, in dem sowohl Raumluft als auch Zuluft als Kältemittel verwendet werden.
Ferner ist es gemäß dem dreizehnten Lösemittel möglich zu verhindern, dass die Temperatur der in den Raum abgegebenen Luft zu niedrig wird, wodurch der Komfort für die im Raum befindliche Person gleich bleibt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein schematisches Anordnungsdiagramm, das eine Anordnung einer Klimaanlagen-Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 ist ein Luftzustandsdiagramm, das den Betrieb der Klimaanlagen-Vorrichtung der Ausführungsform zeigt.
3 ist ein Kennliniendiagramm, das eine Beziehung zwischen dem Druck und der Enthalpie in einem Luftkreislauf zeigt, um eine Beschreibung der Tatsache bereitzustellen, dass der LK durch Senken der Temperatur der Druckluft verbessert wird.
4 ist ein Kennliniendiagramm, das eine Beziehung zwischen dem Druck und der Enthalpie in einem Luftkreislauf zeigt, um eine Beschreibung der Tatsache bereitzustellen, dass die Kühlleistung durch das Abscheiden von Wasserdampf von der Druckluft verbessert wird.
DIE BESTE ART UND WEISE ZUR DURCHFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Nachfolgend wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Einzelnen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Wie in 1 gezeigt, besteht eine Klimaanlagen-Vorrichtung (10) gemäß der vorliegenden Ausführungsform aus einem kreislaufseitigen System (20) und einem abwärmeseitigen System (40).
Das kreislaufseitige System (20) wird dadurch gebildet, dass mittels Kanälen nacheinander ein Kompressor (21), ein Wärmetauscher (30), ein Entfeuchter (22) und eine Ausdehnungsvorrichtung (23) zur Durchführung von Kühlungsvorgängen mittels eines Luftkreislaufs miteinander verbunden werden. Zusätzlich umfasst das kreislaufseitige System (20) ferner einen mit der Einlassseite des Kompressors (21) verbundenen Ansaugkanal (24) und einen mit der Auslassseite der Ausdehnungsvorrichtung (23) verbundenen Abführkanal (25). Der Ansaugkanal ist so konstruiert, dass er an seiner Vorlaufseite in zwei Stränge aufgeteilt ist, wobei Raumluft und von außerhalb des Raums zur Belüftung zugeführte Zuluft zum Kompressor (21) geleitet werden. Ferner ist der Abführkanal (25) so ausgebildet, dass er Niedrigtemperaturluft von der Ausdehnungsvorrichtung (23) in den Raum leitet.
Das abwärmeseitige System (40) wird durch Verbindung eines Befeuchtungskühlers (41) mit dem Wärmetauscher (30) mittels eines Kanals gebildet und umfasst einen mit dem Befeuchtungskühler (41) verbundenen Einlasskanal (43) und einen mit dem Wärmetauscher (30) verbundenen Auslasskanal (44). Der Einlasskanal (43) öffnet sich an seinem einen Ende zum Raum hin und ist auf der Strecke zum Befeuchtungskühler (41) mit einem Abzweigkanal (45) verbunden, der an seinem einen Ende mit dem Abführkanal (25) verbunden ist. Der Einlasskanal (43) ist so konstruiert, dass ein Teil der durch ihn strömenden Raumluft als zur Belüftung aus dem Raum ausgestoßene Abluft zum Befeuchtungskühler (41) geleitet wird, und die übrige Luft wird an den Abführkanal (25) geleitet. Des Weiteren öffnet sich der Auslasskanal (44) an seinem einen Ende nach außerhalb des Raums, wodurch Abluft aus dem Wärmetauscher (30) nach außerhalb des Raums ausgestoßen wird.
Der Kompressor (21) ist mit einem Motor (35) verbunden. Ferner ist der Kompressor (21) mit der Ausdehnungsvorrichtung (23) verbunden. Der Kompressor (21) ist so konfiguriert, dass er durch die Antriebskraft des Motors (35) und durch den Ausdehnungsvorgang beim Ausdehnen der Luft in der Ausdehnungsvorrichtung (23) angetrieben wird.
Im Wärmetauscher (30) ausgebildete Bereiche sind ein Druckluftdurchlass (31), durch den Druckluft strömt, und ein Abluftdurchlass (32), durch den Abluft strömt. Der Druckluftdurchlass (31) ist an seinem einen Ende mittels eines Kanals mit dem Kompressor (21) verbunden, während sein anderes Ende mit dem Entfeuchter (22) verbunden ist. Andererseits ist der Abluftdurchlass (32) an seinem einen Ende mittels eines Kanals mit dem Befeuchtungskühler (41) verbunden, während sein anderes Ende mit dem Auslasskanal (44) verbunden ist. Der Wärmetauscher (30) ist so konfiguriert, dass er einen Wärmeaustausch zwischen der Druckluft aus dem Druckluftdurchlass (31) und der Abluft aus dem Abluftdurchlass (32) vornimmt. Das heißt, der Wärmetauscher (30) bildet ein Kühlungsmittel zum Kühlen der Druckluft durch Wärmeaustausch mit der Abluft.
Ferner ist im Wärmetauscher (30) eine Befeuchtungseinrichtung (42) angebracht. In der Befeuchtungseinrichtung (42) ist der Abluftdurchlass (32) durch eine feuchtigkeitsdurchlässige Membran gebildet, und ein wasserseitiger Raum ist gegenüber auf der anderen Seite der feuchtigkeitsdurchlässigen Membran ausgebildet. Mit dem wasserseitigen Raum ist ein Wasserzulaufrohr (50) verbunden, und Leitungswasser oder dergleichen wird durch das Wasserzulaufrohr (50) dem wasserseitigen Raum zugeführt. Zusätzlich ist die feuchtigkeitsdurchlässige Membran so ausgebildet, dass sie es der Feuchtigkeit erlaubt hindurchzugelangen, wobei Feuchtigkeit im wasserseitigen Raum durch die feuchtigkeitsdurchlässige Membran in die Abluft im Abluftdurchlass (32) gelangt.
Die von der Befeuchtungseinrichtung (42) zugeführte Feuchtigkeit verdampft in der Abluft, wodurch der Temperaturanstieg der Abluft, die dem Wärmeaustausch mit der Druckluft unterzogen wird, unterdrückt wird. Dies gewährleistet einen Temperaturunterschied zwischen der Abluft und der Druckluft. Das heißt, die Befeuchtungseinrichtung (42) bildet ein Befeuchtungsmittel, das in der Lage ist, durch Nutzung einer latenten Verdampfungswärme der Abluft zum Kühlen der Druckluft Feuchtigkeit zuzuführen.
Außerdem führt die Befeuchtungseinrichtung (42) der Abluft eine spezifische Menge Feuchtigkeit zu, so dass die Abluft am Ausgang des Abluftdurchlasses (32) des Wärmetauschers (30) eine Luftfeuchtigkeit im Bereich zwischen mindestens 80% und weniger als 100% aufweist. Als Ergebnis einer solchen Anordnung wird Feuchtigkeit der Abluft in einem solchen Bereich zugeführt, dass in der Abluft keine Kondensation auftritt, wenn sie nach außerhalb des Raums abgeführt wird.
Der Entfeuchter (22) weist eine Trennmembran auf. Die Trennmembran trennt einen Hochdruckraum von einem Niederdruckraum. Der Hochdruckraum ist auf seiner Einlassseite mittels eines Kanals mit dem Druckluftdurchlass (31) des Wärmetauschers (30) verbunden, während seine Auslassseite mittels eines Kanals mit der Ausdehnungsvorrichtung (23) verbunden ist. Demgemäß strömt im Wärmetauscher (30) gekühlte Druckluft in den Hochdruckraum. Im Entfeuchter (22) dringt in der Druckluft enthaltener Wasserdampf durch die Trennmembran, was dazu führt, dass der Wasserdampf von der Hochdruckraumseite zur Niederdruckraumseite wandert. Somit bildet der Entfeuchter (22) ein Entfeuchtungsmittel, das in der Lage ist, der Druckluft Feuchtigkeit zu entziehen.
Die Trennmembran wird mittels einer Polymer-Membran wie beispielsweise Fluororesin ausgeführt. Die Trennmembran ist so konstruiert, dass sie es Wasserdampf erlaubt, mittels Diffusion von Wassermolekülen durch das Membraninnere hindurchzugelangen. Ferner kann die Trennmembran aus einer aus einem Xerogel usw. gebildeten porösen Membran für die Gasabscheidung gebildet sein. In diesem Fall dringt die Feuchtigkeit in der Druckluft mittels Kapillarkondensation und Diffusion von Wassermolekülen durch die Trennmembran.
Der Befeuchtungskühler (41) weist eine flüssigkeitsdurchlässige Membran auf. Die flüssigkeitsdurchlässige Membran trennt einen luftseitigen Raum von einem wasserseitigen Raum. Der luftseitige Raum ist an seiner Einlassseite mittels eines Kanals mit dem Einlasskanal (43) verbunden, während seine Auslassseite mittels eines Kanals mit dem Abluftdurchlass (32) des Wärmetauschers (30) verbunden ist.
Demgemäß strömt Abluft in den luftseitigen Raum. Des Weiteren ist das Wasserzulaufrohr (50) mit dem wasserseitigen Raum verbunden, und Leitungswasser usw. wird durch das Wasserzulaufrohr (50) dem wasserseitigen Raum zugeführt. Andererseits ist die feuchtigkeitsdurchlässige Membran so ausgebildet, dass sie es der Feuchtigkeit erlaubt hindurchzugelangen. Dies führt dazu, dass Feuchtigkeit im wasserseitigen Raum durch die feuchtigkeitsdurchlässige Membran dringt und somit der Abluft im luftseitigen Raum zugeführt wird. Der Befeuchtungskühler (41) ist so konfiguriert, dass er die Temperatur der Abluft mittels Verdampfen der der Abluft zugeführten Feuchtigkeit senkt. Somit bildet der Befeuchtungskühler (41) ein Befeuchtungsmittel, mit dem Abluft vorgekühlt und dieselbe dem Wärmetauscher (30) zugeführt wird.
Eine Unterdruckpumpe (36) ist mit dem Niederdruckraum des Entfeuchters (22) verbunden. Die Unterdruckpumpe (36) ist so angeordnet, dass sie einen Druckabbau im Niederdruckraum vorsieht, wodurch ein Druck abbauendes Mittel zur Gewährleistung einer Partialdruckdifferenz von Wasserdampf zwischen dem Niederdruckraum und dem Hochdruckraum gebildet wird.
Ferner sind eine erste Wasserleitung (51) und eine zweite Wasserleitung (52) mit der Auslassseite der Unterdruckpumpe (36) verbunden. Die erste Wasserleitung (51) ist mit dem wasserseitigen Raum des Befeuchtungskühlers (41) und mit dem wasserseitigen Raum der Befeuchtungseinrichtung (42) des Wärmetauschers (30) verbunden, um von der Druckluft im Entfeuchter (22) abgeschiedene Feuchtigkeit beiden wasserseitigen Räumen zuzuführen. Andererseits ist die zweite Wasserleitung (52) mit dem Abzweigkanal (45) verbunden, um der Niedrigtemperaturluft im Abführkanal (25) von der Druckluft im Entfeuchter (22) abgeschiedene Feuchtigkeit zusammen mit Raumluft zuzuführen.
BETRIEB
Als Nächstes wird der Betrieb der Klimaanlagen-Vorrichtung (10) unter Bezugnahme auf 2 erläutert.
Wenn der Kompressor (21) im kreislaufseitigen System (20) vom Motor (35) angetrieben wird, werden dem Kompressor (21) durch den Ansaugkanal (24) Raumluft und Zuluft zugeführt. Insbesondere werden Zuluft (Durchflussmenge: M0) und Raumluft (Durchflussmenge: M) miteinander vermischt, und das Gemisch wird dem Kompressor (21) zugeführt. Im Kompressor (21) wird die auf diese Weise zugeführte Luft in einem Bereich von Punkt 1 bis Punkt 2 einer Kompression unterzogen, wodurch Druckluft mit der Durchflussmenge M0 + M erzeugt wird. Die Druckluft wird zum Druckluftdurchlass (31) des Wärmetauschers (30) geleitet.
Während die Druckluft durch den Druckluftdurchlass (31) im Wärmetauscher (30) strömt, tauscht sie Wärme mit der Abluft des Abluftdurchlasses (32) aus. Aus diesem Grund wird die Druckluft in einem Bereich von Punkt 2 bis Punkt 3 gekühlt. Die auf diese Weise gekühlte Druckluft wird zum Hochdruckraum des Entfeuchters (22) geleitet.
Im Entfeuchter (22) wird der Druckluft in einem Bereich von Punkt 3 bis Punkt 3' Feuchtigkeit: dm entzogen, und die Enthalpie der Druckluft nimmt ab: Insbesondere wird im Entfeuchter (22) im Niederdruckraum mittels der Unterdruckpumpe (36) der Druck abgebaut, so dass der Partialdruck des Wasserdampfs im Niederdruckraum zu jeder Zeit niedriger ist als der im Hochdruckraum. Die Partialdruckdifferenz des Wasserdampfs zwischen den beiden Räumen erlaubt es dem Wasserdampf aus der Druckluft, die Trennmembran zum Entziehen der in der Druckluft enthaltenen Feuchtigkeit zu durchdringen. Zu diesem Zeitpunkt wird der in der Druckluft enthaltene Wasserdampf von der Druckluft in der Form von Wasserdampf abgeschieden, ohne dass eine Kondensation stattfindet. Demgemäß sinkt die Enthalpie der Druckluft im Vergleich zur Enthalpie des abgeschiedenen Wasserdampfs entsprechend ab.
Anschließend wird die Druckluft zur Ausdehnungsvorrichtung (23) geleitet. In der Ausdehnungsvorrichtung (23) wird die Druckluft in einem Bereich von Punkt 3' bis Punkt 4 ausgedehnt und wird dabei zu Niedrigtemperaturluft. Dann wird die Niedrigtemperaturluft durch den Abführkanal (25) dem Raum zugeführt, wodurch der Raum gekühlt wird. Zu diesem Zeitpunkt wird Raumluft durch den Abzweigkanal (45) in den Abführkanal (25) geleitet. Demgemäß wird die Niedrigtemperaturluft mit einer spezifischen Menge Raumluft vermischt dem Raum zugeführt.
Andererseits wird im abwärmeseitigen System (40) Abluft (Durchflussmenge: M0) durch den Einlasskanal (43) in den luftseitigen Raum des Befeuchtungskühlers (41) geleitet. Das heißt, dass Abluft, deren Durchflussmenge genauso groß ist wie die der Zuluft, zum Befeuchtungskühler (41) geleitet wird.
Im Befeuchtungskühler (41) wird Feuchtigkeit (Durchflussmenge: m1) bei Punkt 5 der Abluft zugeführt, und die zugeführte Feuchtigkeit wird in der Abluft verdampft. Aus diesem Grund sinkt die Temperatur der Abluft unter die Raumtemperatur ab. Dann wird die Abluft mit gesenkter Temperatur zum Abluftdurchlass (32) des Wärmetauschers (30) geleitet.
Im Abluftdurchlass (32) des Wärmetauschers (30) wird die Abluft in einem Bereich von Punkt 6 bis Punkt 7 einem Wärmeaustausch mit der Druckluft aus dem Druckluftdurchlass (31) unterzogen. Somit wird die Druckluft im Wärmetauscher (30) mittels der Niedrigtemperaturabluft aus dem Befeuchtungskühler (41) gekühlt.
Ferner wird im Wärmetauscher (30) der Abluft im Abluftdurchlass (32) in der Befeuchtungseinrichtung (42) Feuchtigkeit (Durchflussmenge: m2) zugeführt. Die auf diese Weise zugeführte Feuchtigkeit verdampft in der Abluft im Abluftdurchlass (32), wodurch der Temperaturanstieg der Abluft unterdrückt wird. Dies erhält demgemäß einen Temperaturunterschied zwischen der Druckluft und der Abluft im Wärmetauscher (30) aufrecht, wodurch gewährleistet ist, dass die Druckluft tatsächlich gekühlt wird.
Hier strömt in der vorliegenden Ausführungsform ein Gemisch aus Raumluft und Zuluft zur Belüftung durch das kreislaufseitige System (20), und andererseits strömt nur Abluft zur Belüftung durch das abwärmeseitige System (40). Demgemäß findet im Wärmetauscher (30) ein Wärmeaustausch zwischen Druckluft (Durchflussmenge: M0 + M) und Abluft (Durchflussmenge: M0) statt. Somit erfolgt die Kühlung der Druckluft mit Abluft, deren Durchflussmenge niedriger ist als die der Druckluft, was zu einer unzureichenden Kühlung der Druckluft führen kann.
In der vorliegenden Ausführungsform ist jedoch eine Zuführung von Feuchtigkeit zur Abluft im Befeuchtungskühler (41) sowie in der Befeuchtungseinrichtung (42) vorgesehen. Eine derartige Anordnung führt dazu, dass die Wärmekapazität der Abluft im Abluftdurchlass (32) sich um die Enthalpie des zugeführten Wasserdampfs (Durchflussmenge: m1 + m2) erhöht. Demgemäß ist es in der vorliegenden Ausführungsform möglich, die Druckluft lediglich mittels eines durch das abluftseitige System (40) strömenden Abluftstroms zur Belüftung zu kühlen.
Ferner führt die Befeuchtungseinrichtung (42) der Abluft eine spezifische Menge Feuchtigkeit zu, so dass die Abluft am Ausgang des Abluftdurchlasses (32) eine Luftfeuchtigkeit in einem Bereich zwischen mindestens 80% und weniger als 100% aufweist. Somit wird eine Feuchtigkeitszufuhr zur Abluft in einem Bereich vorgesehen, in dem beim Abführen der Abluft nach außerhalb des Raums keine Kondensation stattfindet. Demgemäß wird eine latente Verdampfungswärme von Wasserdampf in vollem Umfang zur Kühlung von Druckluft genutzt, wodurch auf eine Kondensataufbereitung verzichtet werden kann.
Anschließend wird die Abluft, die mit der Druckluft im Wärmetauscher (30) Wärme ausgetauscht hat, über den Auslasskanal (44) nach außerhalb des Raums ausgestoßen. Somit erfolgt in der vorliegenden Ausführungsform die Kühlung von Druckluft durch Nutzung von zu Belüftungswecken von innerhalb des Raums nach außerhalb ausgestoßener Abluft.
Ferner strömt ein Teil der von der Druckluft im Entfeuchter (22) abgeschiedenen Feuchtigkeit in die erste Wasserleitung (51), während der übrige Teil in die zweite Wasserleitung (52) strömt. Die nun in die erste Wasserleitung (51) strömende Feuchtigkeit wird ferner in zwei Teilströme aufgeteilt, das heißt einen, der zum wasserseitigen Raum des Befeuchtungskühlers (41) geleitet wird, und einen anderen, der zum wasserseitigen Raum der Befeuchtungseinrichtung (42) des Wärmetauschers (30) geleitet wird. Dann wird die zum Befeuchtungskühler (41) geleitete Feuchtigkeit durch die flüssigkeitsdurchlässige Membran der Abluft zugeführt und dort zur Kühlung der Abluft genutzt. Andererseits wird die zur Befeuchtungseinrichtung (42) geleitete Feuchtigkeit durch die feuchtigkeitsdurchlässige Membran der Abluft zugeführt und dort zum Unterdrücken des Temperaturanstiegs der Abluft im Wärmetauscher (30) genutzt. Des Weiteren wird die in die zweite Wasserleitung (52) strömende Feuchtigkeit in den Abzweigkanal (45) geleitet und zusammen mit Raumluft und Niedrigtemperaturluft zur Luftbefeuchtung des Raums in den Raum geleitet.
WIRKUNGEN DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
In der vorliegenden Ausführungsform wird die Abluft, deren Temperatur niedriger ist als die der Außenluft, im Befeuchtungskühler (41) weiter heruntergekühlt und einem Wärmeaustausch mit der Druckluft im Wärmetauscher (10) unterzogen. Das Ergebnis einer derartigen Anordnung ist, dass es möglich wird, die Druckluft auf niedrigere Temperaturen zu kühlen, als wenn die Kühlung mit Außenluft erfolgt. Des Weiteren wird der Temperaturanstieg der Abluft im Wärmetauscher (30) mittels der Befeuchtungseinrichtung (42) des Wärmetauschers (30) unterdrückt. Das Ergebnis einer derartigen Anordnung ist, dass es möglich wird, einen Temperaturunterschied zwischen der Abluft und der Druckluft aufrechtzuerhalten, wodurch der Wärmeübergang von der Druckluft zur Abluft gefördert wird.
Demgemäß gewährleistet die vorliegende Ausführungsform, dass die im Kompressor (21) komprimierte Druckluft tatsächlich auf noch niedrigere Temperaturen heruntergekühlt wird. Aus diesem Grund ist es möglich, das Kompressionsverhältnis des Kompressors (21) zu verringern und gleichzeitig die Kühlleistung aufrechtzuerhalten, und es wird eine Verringerung der Leistungsaufnahme des Kompressors (21) erreicht. Dies ermöglicht es, einen verbesserten LK vorzusehen.
Außerdem wird in der vorliegenden Ausführungsform zu Belüftungszwecken aus dem Raum ausgestoßene Abluft zur Kühlung von Druckluft genutzt. Die Abluft wird nicht einfach nach außerhalb des Raums ausgestoßen, das heißt die Kälte der Abluft wird für die Druckluft zurückgewonnen. Aus diesem Grund kann die Raumbelüftung erfolgen, ohne die Klimatisierungslast für den Raum auf ein höheres Maß zu steigern, wodurch eine Verringerung des Energieverlusts möglich wird.
Ferner wird aufgrund der Befeuchtungseinrichtung (42) des Wärmetauschers (30) latente Feuchtigkeitsverdampfungswärme in vollem Umfang in einem Bereich zur Kühlung der Druckluft genutzt, in dem in der Abluft keine Kondensation stattfindet. Aus diesem Grund ist es möglich, durch Nutzung einer latenten Verdampfungswärme der Feuchtigkeit eine Kühlung der Druckluft zu erreichen, ohne dass die Notwendigkeit einer Kondensataufbereitung besteht.
Zusätzlich wird in der vorliegenden Ausführungsform Druckluft mittels Abluft gekühlt, deren Durchflussmenge geringer ist als die der Druckluft. Da es jedoch, wie oben beschrieben, möglich ist, eine Kühlung der Druckluft durch Nutzung einer latenten Verdampfungswärme der der Abluft zugeführten Feuchtigkeit zu erreichen, ermöglicht dies, die Druckluft selbst in einem solchen Fall auf eine ausreichend niedrige Temperatur herunterzukühlen.
Ferner sind sowohl der Befeuchtungskühler (41) als auch die Befeuchtungseinrichtung (42) des Wärmetauschers (30) so ausgebildet, dass sie der Abluft durch die feuchtigkeitsdurchlässige Membran hindurch nach und nach Feuchtigkeit zuführen. Diese Anordnung ermöglicht es daher zu veranlassen, dass die auf diese Weise zugeführte Feuchtigkeit tatsächlich in der Abluft verdampft wird, und dies führt dazu, dass die der Abluft zugeführte Feuchtigkeit nicht in der flüssigen Phase verbleibt. Demgemäß wird die latente Verdampfungswärme der Feuchtigkeit in vollem Umfang zur Kühlung der Druckluft genutzt, ohne dass eine Kondensataufbereitung überhaupt in Betracht gezogen wird.
Zusätzlich ist es nach erfolgter Feuchtigkeitsabscheidung von der Druckluft mittels des Entfeuchters (22) möglich, die Druckluft zur Ausdehnungsvorrichtung (23) zu leiten. Dies ermöglicht es daher zu veranlassen, dass sich die feuchtigkeitsarme Druckluft ausdehnt, wodurch ein Schutz gegen das Auftreten von Kondensation in der Niedrigtemperaturluft nach der Ausdehnung vorgesehen wird. Dies führt dazu, dass es möglich wird, den Raum zu kühlen und gleichzeitig zu verhindern, dass zusammen mit der Niedrigtemperaturluft Flüssigkeitströpfchen in den Raum abgegeben werden.
Ferner ist es gemäß der Funktion des Entfeuchters (22) möglich, Feuchtigkeit in der Form von Wasserdampf von der Druckluft abzuscheiden, ohne dass Kondensation auftritt. Aus diesem Grund ist es möglich, die Enthalpie der zur Ausdehnungsvorrichtung (23) geleiteten Druckluft noch weiter zu senken. Dies erhöht daher die Kühlleistung, wodurch ein weiter verbesserter LK vorgesehen wird.
Zusätzlich wird im Niedrigdruckraum des Entfeuchters (22) mittels der Unterdruckpumpe (36) der Druck abgebaut, was es ermöglicht, jederzeit eine Partialdruckdifferenz des Wasserdampfs zwischen dem Niedrigdruckraum und dem Hochdruckraum zu gewährleisten. Demgemäß dringt in der Druckluft enthaltener Wasserdampf jederzeit durch die Trennmembran, so dass die Abscheidung von Wasserdampf von der Druckluft tatsächlich erfolgen kann. Als Ergebnis ist es möglich, einen verbesserten LK vorzusehen. Ferner ist es auch während der Inbetriebnahme möglich, eine Partialdruckdifferenz des Wasserdampfs zwischen beiden Seiten der Trennmembran zu gewährleisten, was es ermöglicht, ab dem Zeitpunkt der Inbetriebnahme die zum Bereitstellen einer ausreichenden Kühlleistung erforderliche Zeit zu verkürzen.
Ferner wird der Niedrigtemperaturluft durch die zweite Wasserleitung (52) von der Druckluft abgeschiedene Feuchtigkeit zugeführt. Dies sieht einen Schutz gegen ein übermäßiges Absinken der Luftfeuchtigkeit im Raum vor, was es ermöglicht, nicht nur die Raumtemperatur, sondern auch die Luftfeuchtigkeit im Raum in spezifischen Bereichen zu halten, um den Komfort für die im Raum befindliche Person zu verbessern.
Zusätzlich wird von der Druckluft abgeschiedene Feuchtigkeit durch die erste Wasserleitung (51) dem Befeuchtungskühler (41) und der Befeuchtungseinrichtung (42) zugeführt. Anschließend kann die Feuchtigkeit der Abluft im Befeuchtungskühler (41) und in der Befeuchtungseinrichtung (42) zugeführt werden, und es ist möglich, die von der Druckluft abgeschiedene Feuchtigkeit zu nutzen, um die Kühlung der Druckluft im Wärmetauscher (30) vorzusehen. Als Ergebnis wird es möglich, die für den Betrieb benötigte Wassermenge zu verringern.
Ferner wird die Vorrichtung so angeordnet, dass dem Raum ein Gemisch aus Niedrigtemperaturluft und Raumluft zugeführt wird. Dies sieht einen Schutz gegen ein übermäßiges Absinken der Temperatur der in den Raum abgegebenen Luft vor, was es ermöglicht, den Komfort der im Raum befindlichen Person aufrechtzuerhalten.
ERSTE VARIANTE
In der oben beschriebenen Ausführungsform wird die Niedrigtemperaturluft aus der Ausdehnungsvorrichtung (23) mit Raumluft vermischt und dem Raum zugeführt. Anstatt einer derartigen Anordnung kann dem Raum nur Niedrigtemperaturluft zugeführt werden. Das heißt, dass es Fälle gibt, in denen die Temperratur der Niedrigtemperaturluft je nach Betriebsbedingung (beispielsweise etwa 15° C) nicht so sehr absinkt. In einem solchen Fall besteht auch dann, wenn dem Raum nur Niedrigtemperaturluft zugeführt wird, keine Gefahr, ein Unbehagen für die im Raum befindliche Person zu erzeugen. Demgemäß ist es möglich, nur Niedrigtemperaturluft an den Raum abzugeben, ohne dass diese mit Raumluft vermischt wird.
ZWEITE VARIANTE
Ferner wird in der oben beschriebenen Ausführungsform von der Druckluft im Entfeuchter (22) abgeschiedene Feuchtigkeit durch die erste Wasserleitung (51) der Abluft und durch die zweite Wasserleitung (52) der Niedrigtemperaturluft zugeführt. Jedoch ist es nicht notwendig, sowohl der Abluft als auch der Niedrigtemperaturluft Feuchtigkeit zuzuführen. Die Feuchtigkeit kann entweder der Abluft oder der Niedrigtemperaturluft zugeführt werden.
DRITTE VARIANTE
Ferner wird in der oben beschriebenen Ausführungsform von der Druckluft im Entfeuchter (22) abgeschiedene Feuchtigkeit dem Befeuchtungskühler (41) und der Befeuchtungseinrichtung (42) zugeführt. Es kann jedoch eine Anordnung vorgesehen werden, in der ein Ende der ersten Wasserleitung (51) mit dem Einlasskanal (43) verbunden wird und die abgeschiedene Feuchtigkeit innerhalb des Einlasskanals (43) der Abluft zugeführt wird. Ferner kann eine andere Anordnung vorgesehen werden, in der ein Ende der ersten Wasserleitung (51) mit dem Auslasskanal (44) verbunden wird und die abgeschiedene Feuchtigkeit der Abluft zugeführt wird, die Wärme mit der Druckluft im Wärmetauscher (30) ausgetauscht hat.
VIERTE VARIANTE
Ferner wird in der oben beschriebenen Ausführungsform der Entfeuchter (22) im kreislaufseitigen System (20) zwischen dem Wärmetauscher (30) und der Ausdehnungsvorrichtung (23) zwischengeschaltet. Es kann jedoch eine Anordnung vorgesehen werden, in der der Entfeuchter (22) zwischen dem Kompressor (21) und dem Wärmetauscher (30) zwischengeschaltet wird und in der Feuchtigkeit von der Druckluft abgeschieden wird, bevor diese mittels des Wärmetauschers (30) gekühlt wird. Außerdem kann in der vorliegenden Variante, wie in der dritten Variante, die von der Druckluft abgeschiedene Feuchtigkeit entweder der Abluft innerhalb des Einlasskanals (43) oder der Abluft innerhalb des Auslasskanals (44) zugeführt werden.
FÜNFTE VARIANTE
Des Weiteren wird in der oben beschriebenen Ausführungsform der Niedrigdruckraum des Entfeuchters (22) einem Druckabbau mittels der Unterdruckpumpe (36) unterzogen, und von der Druckluft mittels des Entfeuchters (22) abgeschiedene Feuchtigkeit wird zur Luftbefeuchtung des Raums, zur Kühlung der Abluft usw. genutzt. Jedoch kann eine Anordnung vorgesehen werden, in der die Unterdruckpumpe (36) nicht vorgesehen wird und die Konfiguration des Entfeuchters (22) so geändert wird, dass in der Druckluft enthaltener Wasserdampf durch die Trennmembran dringt und zur Abluft hinüberwandert.
Das heißt, dass im Entfeuchter ein kreislaufseitiger Raum und ein abwärmeseitiger Raum definiert sind, die mittels einer Trennmembran voneinander getrennt sind. Die im Wärmetauscher (30) gekühlte Druckluft wird in den kreislaufseitigen Raum geleitet. Andererseits ist der Einlasskanal (43) des abwärmeseitigen Systems (40) mit dem abwärmeseitigen Raum verbunden, und der abwärmeseitige Raum ist in einem Bereich auf der Hälfte des Einlasskanals (43) definiert. In einem solchen Fall ist nur das Wasserzulaufrohr (50) mit dem Befeuchtungskühler (41) und der Befeuchtungseinrichtung (42) verbunden, so dass nur Leitungswasser usw. von außen dem Befeuchtungskühler (41) und der Befeuchtungseinrichtung (42) zugeführt werden.
Aufgrund der zwischen dem kreislaufseitigen Raum und dem abwärmeseitigen Raum erzeugten Partialdruckdifferenz des Wasserdampfs dringt in der Druckluft enthaltener Wasserdampf durch die Trennmembran und wandert zur Abluft. Anschließend wird der auf diese Weise abgeschiedene Wasserdampf zusammen mit der Abluft nach außerhalb des Raums ausgestoßen. Demgemäß ermöglicht die vorliegende Variante den Verzicht auf eine Kondensataufbereitung.
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
Wie oben beschrieben, ist die Klimaanlagen-Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung für die Raumkühlung nützlich und insbesondere auf die Luftkreislaufkühlung anwendbar.

Claims

Klimaanlagen-Vorrichtung, die Raumluft mittels eines Luft als Kältemittel zur Durchführung einer Luftkühlung verwendenden Luftkreislaufs kühlt, umfassend: einen Kompressor (21), der zum Komprimieren der Raumluft zumindest Luft aus einem Raum einzieht, ein Kühlmittel (30), das im Kompressor (21) komprimierte Druckluft einem Wärmeaustausch mit zum Kühlen der Druckluft aus dem Raum abgeführter Abluft unterzieht, und eine Ausdehnungsvorrichtung (23), die eine Ausdehnung der von den Kühlmitteln (30) gekühlten Druckluft vorsieht, wobei Luft mit niedriger Temperatur, die durch die Ausdehnung in der Ausdehnungsvorrichtung (23) gekühlt wurde, dem Raum zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ferner erste Befeuchtungsmittel (41) umfasst, die Feuchtigkeit an die den Kühlmitteln (30) zur Vorkühlung der Abluft zugeführte Abluft abgeben, sowie zweite Befeuchtungsmittel (42), die die Abluft so befeuchten, dass die Kühlung der Druckluft unter Verwendung einer latenten Wasserverdampfungswärme in den Kühlmitteln (30) erfolgt, wobei, wenn die Abluft aus den Kühlmitteln (30) ausgestoßen wird, jedes Befeuchtungsmittel (41, 42) eine bestimmte Menge an Feuchtigkeit an die Abluft abgibt, so dass die Abluft eine relative Feuchtigkeit in einem Bereich zwischen mindestens 80% und weniger als 100% aufweist.
Klimaanlagen-Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei jedes Befeuchtungsmittel (41, 42) Feuchtigkeit durch eine feuchtigkeitsdurchlässige Membran an die Abluft abgibt.
Klimaanlagen-Vorrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend ein Entfeuchtungsmittel (22) mit einer Trennmembran, wobei die Trennmembran so ausgebildet ist, dass es in der Luft enthaltenem Wasserdampf erlaubt wird, von einer Wasserdampfseite der Trennmembran mit hohem Partialdruck zu einer Wasserdampfseite der Trennmembran mit niedrigem Partialdruck hindurchzugelangen, um in der Druckluft enthaltenen Wasserdampf abzuscheiden, ohne zu bewirken, dass der Wasserdampf einer Kondensation unterzogen wird.
Klimaanlagen-Vorrichtung nach Anspruch 3, ferner umfassend ein Druck abbauendes Mittel (36), das einen Druckabbau auf einer der Seiten der Trennmembran in dem Entfeuchtungsmittel (22) derart vorsieht, dass eine Partialdruckdifferenz des Wasserdampfs zwischen den beiden Seiten der Trennmembran gewährleistet ist.
Klimaanlagen-Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, ferner umfassend ein Entfeuchtungsmittel (22) mit einer Trennmembran, wobei die Trennmembran so ausgebildet ist, dass es in der Luft enthaltenem Wasserdampf erlaubt wird, von einer Wasserdampfseite der Trennmembran mit hohem Partialdruck zu einer Wasserdampfseite der Trennmembran mit niedrigem Partialdruck hindurchzugelangen, um in der Druckluft enthaltenen Wasserdampf abzuscheiden, ohne zu bewirken, dass der Wasserdampf einer Kondensation unterzogen wird.
Klimaanlagen-Vorrichtung nach Anspruch 5, ferner umfassend ein Druck abbauendes Mittel (36), das einen Druckabbau auf einer der Seiten der Trennmembran in dem Entfeuchtungsmittel (22) derart vorsieht, dass eine Partialdruckdifferenz des Wasserdampfs zwischen den beiden Seiten der Trennmembran gewährleistet ist.
Klimaanlagen-Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Entfeuchtungsmittel (22) so ausgebildet ist, dass eine der Oberflächen der Trennmembran mit der Druckluft in Berührung gebracht wird, während die andere der Oberflächen mit der Abluft in Berührung gebracht wird, wodurch in der Druckluft enthaltener Wasserdampf zur Abluft hinüberwandert.
Klimaanlagen-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil oder die Gesamtheit der durch das Entfeuchtungsmittel (22) von der Druckluft abgeschiedenen Feuchtigkeit zusammen mit Luft mit niedriger Temperatur von der Ausdehnungsvorrichtung (23) in den Raum abgegeben wird.
Klimaanlagen-Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil oder die Gesamtheit der durch das Entfeuchtungsmittel (22) von der Druckluft abgeschiedenen Feuchtigkeit von dem ersten und dem zweiten Befeuchtungsmittel (41, 42) an die Abluft abgegeben wird.
Klimaanlagen-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennmembran aus einer Polymer-Membran besteht und so ausgebildet ist, dass sie es Wasserdampf erlaubt, mittels Diffusion von Wassermolekülen in der Membran durch sie hindurchzugelangen.
Klimaanlagen-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennmembran eine große Anzahl von Poren mit einer der freien Weglänge eines Moleküls entsprechenden Größe aufweist und so ausgebildet ist, dass sie es Wasserdampf erlaubt, durch Kapillarkondensation und Diffusion von Wassermolekülen durch sie hindurchzugelangen.
Klimaanlagen-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Kompressor (21) so ausgebildet ist, dass er Raumluft und von außerhalb des Raums dem Rauminneren zugeführte Zuluft einzieht.
Klimaanlagen-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass Luft mit niedriger Temperatur aus der Ausdehnungsvorrichtung (23) mit Raumluft vermischt wird und anschließend diese Mischung dem Raum zugeführt wird.