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Verfahren und Vorrichtung zum Wärmeaustausch zwischen Ab-'und Zuluft
bei Kühlvorrichtungen zur Kühlung klimatisierter Räume Die Erfindung betrifft ein
Verfahren zum Wärnfeaustausch zwischen Ab- und Zuluft bei Kühlvorrichtungen zur
Kühlung von klimatisierten Räumen, insbesondere Kühl- und Kälteräumen für Industrie
und Gewerbe, mittels eines durch ein Niederdruckgebläsekontiriuierlich geföirderten,
temperierten Luftstromes, der durch die Verdampferfläche einer Kompressionskältemaschine
gekühlt wird, deren Kühlfläche ihrerseits durch den Raumabluftstrom gekühlt wird.
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Einrichtungen dieser Art sind in verschiedenen Verfahren und Veröffentlichungen
bekanntgeworden. Jedoch ließ sich bisher die beabsichtigte Rückgewinnung der mit
der Räumabluft abgeführten Kälte nur unvollkommen erreichen. Die Wirtschaftlichkeit
solcher Einrichtungen ist daher bei dem erforderlichen großen Aufwand sehr gering.
Vorliegende Erfindung bezweckt nun wesentlich erhöhte Ausnutzung der im kaumabluftstrom
enthaltenen Kältekalorien sowie Verbesserung und Vereinfachung -- alter erforderlichen
Wärmetauscher durch Anwendung ebenso einfacher wie wirkungsvoller Einrichtungen.
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Dementsprechend wird ein eingangs genanntes Verfahren gemäß der Erfindung
derart durchgeführt, daß weiter in einem zuluftseitig vorgeschalteten Wärmeaustauscher
die Abluft in an sich bekannterWeise rekuperativ oder mittelsMischung
zur
Raumlufttemperierung verwendet wird und daß die Zuluft in einer weiter vorgeschalteten,
an sich bekannten, wassergekühlten Austauscherfläche vorgekühlt wird.
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Ausführungsbeispiele einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
sind in den Abb. i bis io veranschaulicht, und zwar zeigt Abb.: i eine schematische
Darstellung derselben, Abb. 2 bis io Einzelheiten von zugehörigen Vorrichtungen
in verschiedenen Ansichten und Schnitten.
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Das Niederdruckgebläse i (Abb. i) saugt durch Rohr 2 die atmosphärische
Luft z. B. aus der freien Atmosphäre an und führt sie in kontinuierlichem Strom
zunächst durch die Frischluftseite 3 der Zellengruppe I. An die Kühlwasserseite
q. derselben sind Zu- bzw. Ableitungsrohre 5 bzw. 6 für das Kühlwasser angeschlossen.
Die vorgekühlte Frischluft gelangt dann zum Zwecke der Zwischenkühlung zur Frischluftseite
7 der Zellengruppe II. Darin wird sie von der aus dem Kühlraum8 mittels Rohrleitung
9 zur Kühlseite io zurückgeführten kalten Kühlraumluft weiter abgekühlt, um dann
schließlich zur endgültigen Tiefkühlung durch die Frischluftseite 13 der Zellengruppe
III geschickt zu werden, durch deren Kühlseite i2 gekühlte Sole fließt.
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Die Kühlung der Sole erfolgt vorzugsweise mittels üblicher Kompressorkälteaggregate,
die im wesentlichen aus Kompressor 1q., Verflüssiger i5 und Expansionsventil 16
bestehen. Letzteres arbeitet unmittelbar auf einer Verdampferschlange 17 in einem,Solebehälter
18. Die so gekühlte Sole wird mittels eines Rührflügels i9 im geschlossenen Kreislauf
durch die Kühlseite 12 geführt und die Frischluft dadurch endgültig unter Kühlraumsolltemperatur
gekühlt.
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Durch Rohr 2o. gelangt dann die Frischluft zu den im Kühlraum angeordneten
und mit Ausblaslöchern 2i versehenen Verteilroh@en 22, verteilt sich im Kühlraum
unter Wärmeaufnahme bis auf Solltemperatur und strömt dann als Rückluft durch Rohr
9 zurKühlseite io derZwischenkühlgruppe II zurück, nimmt darin wiederum Wärme aus
der Frischluft auf, um schließlich durch Rohr 23 zum Kompressoraggregat geschickt
zu werden, zwecks Entzuges der Verdichtungs- und Verflüssigungswärme. Die Abb. 2
und 3 veranschaulichen eine Anordnung der zu Gruppen zusammengefaßten Einzelzellen
der drei Wärmetauscher: Die warme, vom Gebläse i kommende Frischluft strömt zur.
Eintrittshaube 2q., dann in axialer Richtung weiter durch Gruppen I, II und III
und verläßt das Kühlsystem wieder durch die Austrittsh@.übe 25, um nach dem Kühlraum
zu gelangen. Die nach Art der Kraftfahrzeugkühler ausgebildeten Kühlwaben 26 sind
in Rahmen 2.7 angeordnet, die oben und unten Verteilkammern 28, 29 - aufweisen zum
Ein- und Austritt der Kühlmittel für die Zellen der jeweiligen Gruppen. Die Verteilkammern
besitzen Rohranschlüsse 30, 31 usw. für Zu- und Ableitung der Kühlmittel; deren
Lichtweiten je nach Art der Kühlmittel für- jede Gruppe verschieden sind. Da in
den Luft und Kühlmittelrohren kein nennenswerter Überdruck auftritt, können die
Verbindungsstellen der Rohre bei kleinen und mittleren Anlagen durchweg ohne Flansche
ausgebildet sein, und zwar -zweckmäßig unter Verbindung der Rohre durch einfache
Gummimuffen. Sämtliche Einzelzellen werden zweckmäßig mit denAnschlußhauben 2q.,
z5, unter Zwischenlage von Weichdichtungen 32, zu einem geschlossenen System vereinigt,
das mit einer Anzahl Schraubenankern dicht zusammengehalten wird. Durch einheitliche
Bemessung der Einzelzellen läßt sich die serienmäßige Fertigung weiter vereinfachen
und verbilligen.
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Bei Kühl- und Klimaanlagen, deren Raumtemperaturen über dem Gefrierpunkt
liegen, scheidet sich die Luftfeuchte in den Zellengruppen als Kondenswasser aus,
das aus einem oder mehreren Abflußröhrchen 3q. abfließt. Vorkehrungen zum Abtauen
von Reif oder Eis im Luftweg sind in diesen Fällen überhaupt nicht erforderlich.
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Bei tieferen Kältegraden scheidet sich natürlich in der Solezellengruppe
eine geringe Restmenge der Luftfeuchte als Eis ab. Die Verwendung von Einzelzellen
nach Art der Kraftfahrzeugkühler ermöglicht nun in .einfachster Weise die periodische
Entfernung des Eisbelages durch Abtauen. Zu diesem Zweck wird -zwischen -die .Solezellen
der Gruppe III ein Rahmen 35 (Abb. q. und 5) aus beliebigem Baustoff eingeklemmt,
der die ganze Wabenfläche umschließt. 'In diesem Rahmen sind elektrische Heizdrähte
36 in beliebiger Weise isoliert ausgespannt. Wird in den Betriebspausen der automatisch
arbeitenden Kühlanlage der Heizstrom eingeschaltet, so werden die naheliegenden
Kupferlamellen der Kühlwaben 26 durch Wärmeübertragung, schnell erwärmt, ebenso
die ruhende Sole in den-engen Kanälen der Waben, so daß in wenigen Minuten dls Lufteis
durch Abtauen verschwindet und als Kondenswasser abläuft. Die Betätigung der Heizwiderstände
kann in beliebiger Weise automatisch erfolgen.
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Die Verwendung von @ Kühlwaben und Einzelzellen der beschriebenen
Art führt somit zu besonders zweckmäßiger, wenig Raum in Anspruch nehmender Anordnung
des ganzen Kühlsystems, bei'geringstem Aufwand an Baustoffen und Herstellungskosten.
Ferner ist der Umstand von besonderer Bedeutung, daß die E,-Werte des Wärmedurchganges
wesentlich größer sind als bei den bisher üblichen Bündel- oder Rippenrohrwärmetauschern,
was sowohl auf die Wabenanordnung der Kühlflächen als auch auf die Zellenunterteilung
derselben zurückzuführen ist. Die Einzelzellen lassen sich leicht reinigen oder
auswechseln, und es ist die Möglichkeit gegeben, die Zellenzahl der Gruppen ohne
größere Betriebsunterbrechung und ohne- große Kosten zu vermehren oder zu vermindern,
etwa um veränderten Betriebsbedingungen zu entsprechen. Für die praktische Durchführung
des Kühlverfahrens mit Luft als Kälteträger ist das vorbeschriebene- Kühlzellensystem
von ausschlaggebender Bedeutung. -Zur weiteren Erläuterung ist in Abb. 6 und 7 ein
Ausführungsbeispiel einer nach dem neuen Verfahren
arbeitenden
- Kühlänläge in Ansicht und Schnitt dargestellt.
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Auf einem leichten Gestell 37, unter welchem die Zellengruppen liegen,
ist das die Frischluft ansaugende und durch- das Kühlsystem fördernde Niederdruckgebläse
i sowie das aus dem Kompressor 14, Verflüssiger 15 und Expansionsventil 16 bestehende
Kälteaggregat angeordnet. Durch die Kühlwaben der Zellengruppen fließt die Luft
in axialer Richtung hindurch und gelangt, heruntergekühlt, durch Rohr 2o zum Kühlraum.
Das Kühlwasser für Gruppe I wird den unteren Sammelkammern 28 durch Rohr 39 zugeführt
und aus den oberen Sammelkammern 29 durch Rohre 40 wieder abgeleitet. Die Rückluft
aus dem Kühlraum strömt den unteren Sammelkammern der Zellengruppe II durch Rohr
4 1 zu und entweicht durch Rohr 42 aus den oberen Sammelkammern zum Kälteaggregat,
um mittels des Ventilators 43 Verflüssiger und Kompressor zu kühlen.
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In den Zellen der Solegruppe III kreist die durch Verdampferschlange
17 im Solebehälter 18 abgekühlte Solle, die mittels dies Rührflügels i9 in Umlauf
gehalten wird.
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Die endgültig gekühlte Luft strömt mit einer ungefähr dein Sättigungswert
der erreichten Tiefsttemperatur entsprechenden Relativluftfeuchte zu den Verteilrohren
im Kühlraum. Nachdem die Kaltluft aus den Löchern der Verteilrohre in den Kühlraum
eingetreten ist und darin durch Abführung von Kühlraumwärme wieder höhere Temperatur
erlangt hat, ist sie nicht mehr feuchtigkeitsgesättigt. Die Luft kann daher beim
Durchströmen des Kühlraumes wieder Feuchtigkeit aufnehmen, und zwar aus dem Kühlgut,
aus Wanddiffusion, aus dein Personenverkehr usw. Verlangt das Kühlgut hohen Feuchtegrad
der Luft, etwa um Gewichtsverluste durch Austrocknen zu vermeiden, so kann z. B.
in der zum Kühlraum führenden Kaltluftleitung eine geeignete Wasserzerstäubungsdüse
vorgesehen sein. Die feinzerstäubten Wasserteilchen werden von der gesättigten Luft
in den Kühlraum befördert und verdampfen darin infolge der ungesättigten Luft daselbst,
wodurch sich deren Feuchte erhöht. Zugleich wird durch die Bindung der Verdampfungswärme
ein erheblicher Wärmebetrag der Kühlraumluft entzogen, was der Nutzkälteleistung
zugute kommt. Für Kühlräume mit geringerem Bedarf an Frischluft kann, wie Abb. 8
zeigt, durch Zellengruppe I eine entsprechend kleinere Frischluftmenge geführt und
vorgekühlt werden, worauf sie in einer Mischkammer 47 mit der aus dem Kühlraum zurückgeführten
Menge Abluft gemischt wird. Die injektorartige Saugwirkung des in diesem Fall der
Mischkammer nachgeordneten Gebläses i ergibt ein Gemisch von entsprechend den Temperatur-
und Mengenwerten beider Teilluftströme verminderter Temperatur. Das Gemisch durchströmt
dann das Gebläse sowie die Solezellengruppe, um dann nach erreichter Tiefsttemperatur
zum Kühlraum zu gelangen. Eine der zugeführten Frischluftmenge entsprechende Abluftmenge
strömt aus dem Kühlraum im Ausgleich durch Rohrleitung 48 zum Kompressoraggregat
zwecks Entzug der Verdichtungs- und Verflüssigungswärme, während der größere Teil
Abluft durch Rohr 4. j im Kreislauf zur Mischkammer zurückgelangt.
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In den Abb. 9 und io ist noch in Ansicht und Schnitt eine Solezellengruppe
mit Solebehälter für sich dargestellt. Wie ersichtlich, wird für alle Soleeinzelzellen,
ein gemeinsamer Solebehälter 18 mit gemeinsamer Verdampferschlange 17 und Rührflügel
i9 verwendet, und zwar münden die unteren und oberen, Solestutzen 5o- und 51 der
Solesammelkammern jder Soleeinzelzelle in, den gemeinsamen Sä1ebehälter 18, so daß
so viel parallel geschaltete Solekreissträme die Solezellengruppe durchfließen als-
Soleeinzelzellen vorhanden sind. Es ergeben sich durch diese Anordnung brückenartige
Verbindungswege für die Soleströme vom gemeinsamen Solebehälter zu den Soleeinzelzellen.
Die Unterteilung in gleich große Soleparallelströme hat nicht nur günstigste Wärmetauschverhält@n@isse
zur Folge, sondern ergibt auch einfache, kurze und übersichtliche Anordnung der
Verbindungsrohre zwischen gemeinsamen Solebehältern und den Einzelzellen sowie geringstmöglichen
Aufwand an Baustoffen.
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Schließlich sei noch erwähnt, daß Kühlanlagen nach vorliegender Art
in der kalten Jahreszeit ohne wesentliche Änderung für Zwecke der Lufterwärmung
zu verwenden sind. Es ist nur erforderlich, durch die Kühlwasserseite der Zellengruppe
I das Heizmittel, z. B. Warmwasser, zu leiten und die erwärmte Luft nach Durchgang
durch -diese Gruppe unter Absperrung der übrigen Wärmetauscher nach den zu temperierenden
Räumen zu schicken. Auch können Kühlung und Heizung in beliebiger Weise automatisch
gesteuert werden, so daß in einfacher Weise dauernde Konstanthaltung der Raumtemperatur
erzielt werden kann.