NL1028830C2 - Recuperatief klimaatbeheerssysteem. - Google Patents

Description

Recuperatief kfimaatbeheerssysteem

De onderhavige uitvinding betreft een inrichting voor het uitwisselen van thermische energie tussen een eerste mediumstroom van buiten naar binnen een te conditioneren 5 ruimte en een tweede mediumstroom van binnen de te conditioneren ruimte naar buiten, waarbij de inrichting omvat: een tussen een buitenzijde en een binnenzijde geplaatste warmtewisselaar, een op de buitenzijde warmtewisselaar aansluitend eerste toevoerkanaal voor het geleiden van de eerste mediumstroom, een op de binnenzijde van de warmtewisselaar aansluitend eerste afvoerkanaal voor het geleiden van de eerste 10 mediumstroom, een op de binnenzijde van de warmtewisselaar aansluitend tweede toevoerkanaal voor het geleiden van een tweede mediumstroom, waarvan de stroomrichting tegengesteld is aan die van de eerste mediumstroom, en een op de buitenzijde van de warmtewisselaar aansluitend tweede afvoerkanaal voor het geleiden van de tweede mediumstroom, welke is voorzien van een in een van de kanalen aan de 15 buitenzijde geplaatst eerste warmteuitwisselingselement, een in een van de kanalen aan de binnenzijde geplaatst tweede warmteuitwisselingselement, waarbij het eerste en het tweede warmteuitwisselingselement beide zijn opgenomen in een Camot-circuit dat verder is voorzien van een expansie-inrichting en een compressor.

20 Een dergelijke inrichting is bekend uit EP-A-0 846 923.

Een dergelijk recuperatief klimaatbeheerssysteem wordt veelal toegepast voor koeling van warme vochtige lucht voor klimatisering van ruimtes. Bij koelen van de ruimte wordt het warmteuitwisselingselement voor de koeling algemeen in het kanaal voor de 25 toevoerlucht naar de ruimte geplaatst en het warmteuitwisselingselement voor de af te voeren warmte van de koude-warmtemachine in het kanaal voor de afvoerlucht naar buiten. Bij verwarmen van de ruimte wordt het warmteuitwisselingselement voor verwarming algemeen in het kanaal voor de toevoerlucht naar de ruimte geplaatst en het warmteuitwisselingselement voor de onttrekking van de warmte aan de buitenlucht naar 30 de koude-warmtemachine in het kanaal voor de afvoerlucht naar buiten.

Door de opstelling van de warmteuitwisselingselementen volgens de stand der techniek I

in de mediumstromen, die de warmtewisselaar uitgaan, wordt slechts een gedeelte van de potentiële enthalpie benut in de warmtewisselaar.

1028830 2

Een groter temperatuurverschil over de warmtewisselaar en daarmee ook een groter gebied, waarin de latente warmte wordt overgedragen, wordt bereikt door het koelende warmteuitwisselingselement in de mediumstroom, die de warmtewisselaar ingaat, op te stellen aan de koude zijde van de warmtewisselaar en het verwarmende 5 warmteuitwisselingselement in de mediumstroom, die de warmtewisselaar verlaat, op te stellen aan de warme zijde van de warmtewisselaar.

Bij deze bekende inrichting wordt alleen voelbare warmte uitgewisseld tussen de beide mediumstromen. Door toepassing van het Camot-circuit wordt weliswaar het temperatuurverschil tussen de mediumstromen en daarmee de overdracht van warmte 10 vergroot, maar er bestaat behoefte aan een warmtewisselaar, met een nog grotere overdracht van warmte. Een dergelijke warmtewisselaar met een sterk vergrote warmteoverdracht wordt verkregen doordat de warmtewisselaar is ingericht voor het uitwisselen van zowel thermische energie als fase-overgangsenergie. Een warmtewisselaar die is ingericht voor het overdragen van fase-overgangsenergie is ook 15 wel bekend als een enthalpie recuperator. Een dergelijke inrichting is op zichzelf bekend uit EP-A-1 485 657.

Volgens een eerste voorkeursuitvoeringsvorm zijn de aansluitingen van de compressor en de expansie-inrichting in het Camotcircuit verwisselbaar ten opzichte van de 20 warmteuitwisselingselementen en is het Camot-circuit ingericht voor het overdragen van thermische energie in dezelfde richting als de energieoverdracht van de eerste mediumstroom.

De koude-warmtemachine, ook wel warmtepomp genoemd, bestaat veelal uit een 25 compressor, die de gasfase comprimeert, een expansie-inrichting en twee warmteuitwisselingselementen, waarvan de één, die warmte afgeeft en waarin het medium wordt gecondenseerd, condensor wordt genoemd en de ander, die warmte opneemt en waarin het medium verdampt, verdamper wordt genoemd.

Bij koelen van de ruimte wordt volgens onderhavige uitvinding de verdamper bij 30 voorkeur in de mediumstroom geplaatst, die de warmtewisselaar instroomt vanuit de te conditioneren ruimte en de condensor in de mediumstroom, die de warmtewisselaar instroomt vanuit buiten.

Bij verwarmen van de ruimte wordt volgens onderhavige uitvinding de verdamper bij voorkeur in de mediumstroom geplaatst, die de warmtewisselaar instroomt vanuit buiten 1026830 3 en de condensor in de mediumstroom, die de warmtewisselaar verlaat naar de te conditioneren ruimte.

De verdamper bij koelen en de condensor bij verwarmen kunnen hetzelfde 5 warmteuitwisselingselement zijn en de condensor bij koelen en de verdamper bij verwarmen kunnen tevens hetzelfde warmteuitwisselingselement zijn indien de stromingrichting in de warmte-koudemachine door een vierwegklep wordt gewisseld bij overschakelen van koelen naar verwarmen en vice versa.

10 Volgens een andere voorkeursuitvoeringsvorm is de inrichting geschakeld voor het verwarmen van de te conditioneren ruimte en is het eerste warmteuitwisselingselement geplaatst in het eerste toevoerkanaal. Wanneer de te conditioneren ruimte wordt verwarmd bestaat thermodynamisch de mogelijkheid het eerste warmteuitwisselingselement te plaatsen in het eerste toevoerkanaal of in het tweede 15 afvoerkanaal. Het is de uitvinder gebleken dat in het laatste geval gevaar bestaat voor bevriezing van het eerste warmteuitwisselingselement, zódat het de voorkeur heeft het eerste warmteuitwisselingselement te plaatsen in het eerste toevoerkanaal.

Weer een ander voorkeursuitvoeringsvorm verschaft de maatregel dat het tweede 20 warmteuitwisselingselement is geplaatst in het eerste afvoerkanaal.

De warmteuitwisselingselementen worden maximaal benut als de mediumstroom aan de luchtzijde tegengesteld gericht is aan die aan de mediumstroom aan de zijde van de koude-warmtemachine. Het warmteuitwisselingselement waarin de mediumstroom 25 vanuit buiten de warmtewisselaar instroomt wordt hiertoe bij voorkeur aan de mediumzijde van de koude-warmtemachine door een vierwegklep verbonden met die machine. Bij verwarmen is de verdamper in de mediumstroom, die vanuit buiten naar de warmtewisselaar stroomt, geplaatst, waardoor het medium afgekoeld kan worden tot maximaal de condensatietemperatuur, waardoor, ook bij buitentemperatuur onder het 30 vriespunt, warmte uit de buitenlucht kan worden gewonnen zonder bevriezing. In de opstelling volgens de stand der techniek, waarbij de verdamper is geplaatst in de mediumstroom die de warmtewisselaar verlaat naar buiten, is dit niet mogelijk, aangezien het medium op de condensatietemperatuur de warmtewisselaar verlaat en bij buitentemperatuur onder nul graden direct bevriest in het warmteuitwisselingselement.

1028830 4

Weer een andere voorkeursuitvoeringsvorm verschaft de maatregel dat de aansluiting van het eerste toevoerkanaal op de warmtewisselaar en de aansluiting van het tweede afvoerkanaal door een passeerverbinding met elkaar verbindbaar zijn.

5 De stand van de regelklep in het bypasskanaal en het vermogen van de ventilatoren wordt zodanig geregeld, dat de condensatietemperatuur juist niet bereikt wordt en het gevraagde verwarmingsvermogen wordt geleverd. Hiermee wordt bereikt dat het verwarmingsvermogen, zonder dat bevriezing optreedt, toeneemt, hetgeen de toepasbaarheid van de uitvinding in koude klimaten sterk verbetert.

10

Volgens een andere voorkeursuitvoeringsvorm is de inrichting geschakeld voor het koelen van de te conditioneren ruimte waarbij het eerste warmteuitwisselingselement is geplaatst in het eerste toevoerkanaal. Deze configuratie maakt het mogelijk de bij het verwarmen optimale configuratie toe te passen zonder structurele wijzigingen van de 15 installatie. Bij het verwarmen heeft het immers de voorkeur het eerste warmteuitwisselingselement te plaatsen in het eerste afvoerkanaal. Door de maatregel volgens de onderhavige conclusie kan deze plaatsing ook worden gebruikt bij het koelen zonder toevoeging van extra kleppen of kanalen of het gebruik van ventilatoren met een omkeerbare flow.

20

Weer een andere voorkeursuitvoeringsvorm verschaft de maatregel dat de recuperator is ingericht voor het in tegenfase besturen van de wisselelementen van de recuperator aan de binnenzijde.

25 Hiermede wordt de stromingsrichting in de te conditioneren ruimte omgedraaid zodat een eenvoudiger systeem ontstaat en verdringingsventilatie kan worden toegepast, waardoor het ‘sick-building’-syndroom wordt tegengegaan en energiegebruik wordt verminderd.

30 Bij voorkeur zijn middelen verschaft voor het omdraaien van de stroomrichting van het i j Camot-circuit in het eerste warmteuitwisselingselement. Hierdoor wordt steeds het tegenstroomprincipe in het eerste warmteuitwisselingselement gehandhaafd.

1028830 5

Een specifieke voorkeursuitvoeringsvorm verschaft de maatregel dat het tweede toevoerkanaal en het tweede afvoerkanaal door een afsluitbare passeerverbinding met elkaar zijn verbonden. Hiermee kan het regelgebied van de recuperator zich over een groter deel van het geheel uitstrekken.

5

Volgens weer een andere voorkeursuitvoeringsvorm is het eerste toevoerkanaal verbindbaar met beide zijden van de warmtewisselaar en is het eerste afvoerkanaal verbindbaar met beide zijden van de warmtewisselaar. Hiermede is het mogelijk de warmtewisselaar volledig te passeren.

10

Om adiabatische koeling mogelijk te maken, is bij voorkeur in het eerste afvoerkanaal tussen de warmtewisselaar en het eerste warmteuitwisselingselement een verdamper geplaatst. Hierdoor behoeft de koelmachine pas later te worden ingeschakeld, waarbij het toegevoerde vocht naar buiten wordt afgevoerd.

15

Voor het verkrijgen van een simpele configuratie is bij voorkeur in het eerste toevoerkanaal en in het tweede afvoerkanaal een transportpomp voor het medium geplaatst en is de in het eerste toevoerkanaal geplaatste mediumpomp stroomopwaarts van het eerste warmteuitwisselingselement geplaatst.

20

Een belangrijke toepassing van de inrichting volgens de uitvinding wordt verkregen wanneer de inrichting geschakeld is als een luchtbehandelinginrichting.

Alhoewel veel andere uitvoeringsvorm geenszins worden uitgesloten, zijn belangrijke 25 voordelen van de onderhavige uitvinding, zoals een kleine ruimtebehoefte en een laag energieverbruik in het bijzonder relevant wanneer de luchtbehandelinginrichting is ingericht voor plaatsing in een kampeervoertuig.

Tevens is het mogelijk de luchtbehandelinginrichting toe te passen in een gebouw. Hier 30 is de beschikbare ruimte veelal doch niet uitsluitend minder beperkt, maar is de energiebesparing en de comfortverbetering van het grootste belang. Een dergelijke gebouw kan worden gevormd door een kantoor of een woonhuis, maar tevens door ander te conditioneren ruimten, zoals koelhuizen.

1028830 6

Bij toepassing in een woonhuis of een kantoor is het aantrekkelijk wanneer bij het verwarmen van de te conditioneren ruimte het eerste afvoerkanaal is ingericht voor het richten van het eerste medium naar het plafond van de te conditioneren ruimte en het tweede afvoerkanaal is ingericht voor het aanzuigen van het medium in de nabijheid van 5 de bodem van de te conditioneren ruimte, en dat bij het koelen van de te conditioneren ruimte het eerste afvoerkanaal is ingericht voor het richten van het eerste medium naar de bodem van de te conditioneren ruimte en het tweede afvoerkanaal is ingericht voor het aanzuigen van het medium vanaf de nabijheid van het plafond van de te conditioneren ruimte. Door deze maatregelen worden de luchtstromen zodanig gericht 10 dat een optimaal comfort en minimaal energiegebruik wordt verkregen.

Vervolgens zal de onderhavige uitvinding worden toegelicht aan de hand van de bijgaande figuren, waarin voorstellen:

Figuur IA: een schema van de basisuitvoering van de uitvinding in de 15 verwarmingsstand;

Figuur 1B: een met figuur IA overeenkomend schema van de inrichting in de koelstand;

Figuur 2: een schema van een voorkeursuitvoeringsvorm waarbij aan weerszijden van de warmtewisselaar tweewegkleppen zijn geplaatst; 20 Figuur 3AA: een met figuur 2 overeenkomend schema waarin de mediumstromen zijn weergegeven in de eerste schakelstand in de verwarmingsstand;

Figuur 3AB: een met figuur 2 overeenkomend schema waarin de mediumstromen zijn weergegeven in de tweede schakelstand in de verwarmingsstand;

Figuur 3AC: een met figuur 2 overeenkomend schema waarin de mediumstromen zijn 25 weergegeven in de tweede schakelstand in de verwarmingsstand met geopende passeerverbinding;

Figuur 3BA: een met figuur 2 overeenkomend schema waarin de mediumstromen zijn weergegeven in de eerste schakelstand in de koelstand;

Figuur 3BB: een met figuur 2 overeenkomend schema waarin de mediumstromen zijn 30 weergegeven in de tweede schakelstand in de koelstand; !

Figuur 3C: een met figuur 2 overeenkomend schema waarin de mediumstromen zijn weergegeven in de stand waarin adiabatisch wordt gekoeld;

Figuur 3D: een met figuur 2 overeenkomend schema waarin de mediumstromen zijn weergegeven in de passeerstand; 1028830 7

Figuur 4A: een enthalpiediagram dat betrekking heeft op de situatie die in de figuren 3AA, 3AB en 3AC is weergegeven;

Figuur 4B: een enthalpiediagram dat betrekking heeft op de situatie die in de figuren 3BA en 3BB is weergegeven;

5 Figuur 4C: een enthalpiediagram dat betrekking heeft op de situatie die in figuur 3C

is weergegeven; en

Figuur 5: een gedeeltelijk weggebroken perspectivisch schematisch aanzicht van de in figuur 2 afgebeelde uitvoeringsvorm.

10 De in figuur IA weergegeven, in zijn geheel met 1 aangeduide inrichting volgens de uitvinding omvat een warmtewisselaar 2, welke is ingericht voor het niet alleen uitwisselen van voelbare warmte maar tevens voor het uitwisselen van condensatie- en verdampingswarmte. Dit wordt bereikt door het afwisselen van de mediastromen door de warmtewisselaar 2 heen. Dit principe is beschreven in EP-A-1 485 657. De inrichting 15 is geplaatst in een wand tussen twee ruimten, waarvan er een - ter vergemakkelijking van het begrip - wordt aangeduid als buiten en de andere als binnen. De te conditioneren ruimte 30 wordt aangeduid met binnen, terwijl de ruimte daarbuiten wordt aangeduid met buiten.

20 Vanaf de buitenzijde strekt een eerste toevoerkanaal 3 zich naar de warmtewisselaar uit. Een eerste afvoerkanaal 4 strekt zich van de warmtewisselaar naar de binnenzijde uit. Een tweede toevoerkanaal 5 strekt zich van de binnenzijde naar de warmtewisselaar uit en een tweede afvoerkanaal 6 strekt zich van de warmtewisselaar 2 naar de buitenzijde uit. Een door het eerste toevoerkanaal 3 aan de warmtewisselaar 2 toegevoerde 25 mediumstroom 15 treedt in de normale situatie de warmtewisselaar uit via het eerste afvoerkanaal 4. Een door het tweede toevoerkanaal 5 aan de warmtewisselaar 2 toegevoerde mediumstroom 16 treedt in de normale situatie de warmtewisselaar 2 uit via het tweede afvoerkanaal 6. De tot zover beschreven inrichting komt overeen met de recuperator of warmtewisselaar volgens de stand van de techniek.

30

In het eerste toevoerkanaal 3 is een eerste warmteuitwisselingselement 7 geplaatst, terwijl in het eerste afvoerkanaal 4 een tweede warmteuitwisselingselement 8 is geplaatst. Dit betreft de voorkeursuitvoeringsvorm; het is echter eveneens mogelijk het eerste warmteuitwisselingselement 7 te plaatsen in het tweede afvoerkanaal 6 en het 1 028830 8 tweede warmteuitwisselingselement 8 te plaatsen in het tweede toevoerkanaal 5, zoals in figuur IA met stippellijnen is aangegeven. Essentieel is hierbij dat het eerste warmteuitwisselingselement 7 aan de buitenzijde is geplaatst en het tweede warmteuitwisselingselement 8 aan de binnenzijde.

5

Als optie wordt een verdamper 14 toegevoegd tussen het tweede warmteuitwisselingselement 8 en de warmtewisselaar 2. Deze verdamper dient voor de adiabatische koeling en wordt gevoed door een mediumstroom 29 via een toevoerkanaal 28.

10

Het eerste en het tweede warmteuitwisselingselement 7, 8 zijn opgenomen in een Camot-circuit 9, dat verder een compressor 10, een expansie-inrichting 11, een verdamper/condensor 7 en een condensor/verdamper 8 omvat. Voor het veranderen van de richting van de warmtestroom door het Camot-circuit heen is een vierwegklep 12 15 aangebracht. Voor het veranderen van de richting van de mediumstroom van het Camot circuit door warmteuitwisselingselement 7 is een vierwegklep 13 aangebracht, zodat altijd in tegenstroom gewerkt kan worden.

Bij de hierboven afgebeelde configuratie wordt de ruimte aan de binnenzijde verwarmd.

20 De eerste - koele - mediumstroom 15 wordt in het eerste warmteuitwisselingselement 7 verder afgekoeld, anders gezegd staat zijn warmte af aan het Camot-circuit 9. In de warmtewisselaar 2 vindt warmteoverdracht plaats zodat de eerste mediumstroom 15 wordt verwarmd met de warmte afkomstig van de tweede mediumstroom 16.

Vervolgens verlaat de eerste mediumstroom de warmtewisselaar 2 en wordt zij in het 25 tweede warmteuitwisselingselement 8 verder verwarmd met de van het Camot-circuit 9 afkomstige warmte. Door toepassing van het Camot-circuit 9 wordt het temperatuurverschil in de warmtewisselaar 2 vergroot waardoor de warmteoverdracht effectiever is. Hierbij is de vierwegklep 12, geschakeld voor warmteoverdracht van het eerste warmte-uitwisselingselement 7 naar het tweede warmte-uitwisselingselement 8.

30 De vierwegklep 13 is zodanig geschakeld dat er tegenstroom is in warmteuitwisselingselement 7.

! !

In figuur 1B is dezelfde inrichting weergegeven waarbij de richting van de warmteoverdracht is omgedraaid. Hierbij wordt warmte overgedragen van de 1028830 i i

1 " 1 —-- . - . I

; 9 binnenzijde naar de buitenzijde. Dit wordt principieel bereikt door de richting van het warmtetransport in het Camot-circuit om te draaien. Door middel van vierwegklepl2 is dit gemakkelijk bereikbaar. De vierwegklep 13 is zodanig geschakeld, dat er wederom tegenstroom is in warmteuitwisselingselement 7.

5

Het is bij deze uitvoeringsvorm overigens aantrekkelijk om het tweede warmteuitwisselingselement 8 in plaats van in het eerste afvoerkanaal 4, in het tweede toevoerkanaal 5 te plaatsen. Dit kan uiteraard worden bereikt door het ten opzichte van de in figuur IA weergegeven situatie verwisselen van de aansluitingen, maar het kan 10 eveneens worden bereikt door de aan een zijde met de warmtewisselaar 2 verbonden klepsystemen in tegenfase te laten werken. Hiervoor zijn dan geen constructieve wijzigingen noodzakelijk, terwijl toch de voordelen van deze alternatieve plaatsing kunnen worden verkregen.

15 Deze aansluitingen tussen de toe- en afvoerkanalen 3-6 en de eigenlijke warmtewisselaar 17, ook wel recuperator genoemd, wordt verkregen door de simultaan bestuurbare kleppen 20,22, respectievelijk 21,23, zie figuur 2. Voor de constructie van dergelijk kleppen wordt verwezen naar EP-A-1 485 657. Het geheel van recuperator 17 en bestuurbare kleppen 20,22, respectievelijk 21,23 wordt enthalpie recuperator 20 genoemd en is in zijn geheel aangeduid met 2.

De in figuur 2 afgebeelde uitvoeringsvorm wijkt verder af van de in de figuren IA en 1B afgebeelde uitvoeringsvorm door de aanwezigheid van een passeerverbinding met een daarin aangebracht klep 24 tussen het eerste toevoerkanaal 3 en het eerste 25 afvoerkanaal 4. De functie van deze klep wordt later toegelicht aan de hand van figuur 3AC.

Tevens is een andere passeerverbinding aangegeven tussen het eerste toevoerkanaal en het tweede afvoerkanaal, welke wordt gebruikt om tijdens verwarmen bij gelijkblijvend 30 temperatuurverschil over warmteuitwisselingselement 7 een groter vermogen te kunnen onttrekken zonder dat bevriezing optreedt, of om tijdens koelen een lagere temperatuur voor het Camot circuit te realiseren.

j_ _ 1028830 10

Voor het laten vloeien van de mediastromen zijn pompen of ventilatoren nodig; in het eerste toevoerkanaal is een pomp 26 aangebracht en in het tweede afvoerkanaal is een pomp 27 geplaatst. Het is in dit geval constructief aantrekkelijk beide pompen 26,27 aan dezelfde zijde, de buitenzijde van de inrichting te plaatsen, waardoor de 5 geluidsdemping van de warmtewisselaar wordt benut.

In figuur 3AA, 3AB en 3AC wordt een schema van het systeem getoond met daarin met indicatie SI tot S8 aangegeven de punten, waarvan temperatuur en vochtigheid in figuur 4A voor verwarmen, in een enthalpiediagram staan aangegeven.

10

In figuur 3AA staan de kleppen 20,21,22 en 23 in de eerste schakelstand, in figuur 3AB in de tweede schakelstand en in figuur 3AC in de eerste schakelstand, waarbij de passeerklep 25 geopend is om de flow door warmteuitwisselingselement 7 te vergroten.

De frequentie van schakelen van stand 1 naar stand 2 wordt zodanig geregeld, dat geen 15 condens de warmtewisselaar 2 verlaat en geen enthalpie verloren gaat.

In figuren 3AA, 3AB en 3AC zijn de posities S1-S8 weergegeven, waarin gerefereerd wordt in de toelichting van figuur 4A. Hierbij is de positie SI bij de ingang van de buitenzijde van het eerste toevoerkanaal 3, aan de buitenzijde van de pomp 26, de 20 positie S2 na het eerste warmteuitwisselingselement 7, de positie S3 na de j warmtewisselaar 2, de positie S4 na de bevochtiger 14 en de positie S5 na de ! uitstroomopening van het eerste afvoerkanaal. Deze posities betreffen de eerste i mediumstroom 15.

| 25 De positie S6 betreft de positie bij de instroomopening van het tweede toevoerkanaal, de positie S7 tussen de warmtewisselaar 2 en het tweede afvoerkanaal, en de positie S8 voor de pomp 27, stroomafwaarts van het passeerkanaal 25. Deze posities betreffen de tweede mediumstroom 16.

30 Het proces wordt gekarakteriseerd door de temperatuur en vochtigheid van de ingaande en uitgaande mediumstromen 15,16 te volgen op hun weg door het klimaatbeheerssysteem in een enthalpiediagram, waarin gelijktijdig deze grootheden, de enthalpiestroom voor een luchtstroom van 150 m3h_l, de relatieve en absolute vochtigheid wordt weergegeven.

1028830 11

Bij verwarmen, van welke situatie het enthalpiediagram is weergegeven in figuur 4A, is als voorbeeld een buitenconditie, positie SI, van 5 °C en een relatieve vochtigheid van 50 % genomen en een binnenconditie van 20 °C en een relatieve vochtigheid van 50 %, 5 positie 6. De buitenlucht wordt in het eerste warmteuitwisselingselement 7 afgekoeld tot aan het condensatiepunt, positie S2, met een temperatuur van -4,5 °C en een relatieve vochtigheid van 100 %. De passeerklep 25 wordt zodanig geregeld dat de stroming door het eerste warmteuitwisselingselement 7 zo hoog is dat de 100 % relatieve vochtigheid niet wordt overschreden en dus geen bevriezing kan optreden. In de warmtewisselaar 2 10 neemt deze eerste mediumstroom 15 vervolgens water op, die daar ontstaan is door condensatie in de voorgaande schakelperiode. Deze eerste mediumstroom 15 wordt verder in de warmtewisselaar 2 verwarmd en bevochtigd en blijft verzadigd tot het punt in de warmtewisselaar 2 waar condensatie van de tweede mediumstroom 16 start. Vervolgens wordt de lucht van de eerste mediumstroom 15 nog verder verwarmd, maar 15 blijft het vochtgehalte constant. De eerste mediumstroom 15 verlaat de warmtewisselaar 2 met een temperatuur van 18,1 °C, positie S3.

Indien gewenst kan de relatieve vochtigheid verhoogd worden in de bevochtiger 14 tot de gewenste waarde, waarbij de eerste mediumstroom 15 adiabatisch wordt gekoeld tot 20 positie S4. Vervolgens treedt de eerste mediumstroom 15 het tweede warmteuitwisselingselement 8 binnen, waarbij de condensatiewarmte van het Camotcircuit gebruikt wordt om de lucht van de eerste mediumstroom 15 op te warmen tot de gewenste waarde om te voorzien in de warmtebehoefte van de te conditioneren ruimte, positie S5, waarbij het vochtgehalte constant blijft.

25

Deze lucht wordt in de te conditioneren ruimte gebracht en zij vermengt zich daar met de aanwezige lucht tot de gewenste conditie van in dit voorbeeld 20 °C en 50 % relatieve vochtigheid, positie S6.

30 De tweede mediumstroom 16 uit de te conditioneren ruimte, positie S6, wordt toe gevoerd aan de warmtewisselaar 2 , waarin deze luchtstroom 16 in het eerste gedeelte van de warmtewisselaar 2 wordt afgekoeld tot aan verzadiging. Deze tweede mediumstroom 16 wordt verder afgekoeld en de waterdamp gecondenseerd, waarbij in het diagram van figuur 4A de lijn van 100 % relatieve vochtigheid wordt gevolgd.

1028830 12

Hierbij wordt de condensatiewarmte direct overgedragen aan de eerste mediumstroom 15 aan de andere zijde van de warmtewisselaar 2. De warmte wordt daar omgezet in verdampingswarmte. De tweede mediumstroom 16 verlaat de warmtewisselaar 2 met een temperatuur van -2,6 °C en een relatieve vochtigheid van 100 %, volgens positie 5 S7. Na bijmenging van lucht van de eerste mediumstroom 15 volgens positie S2, verlaat de tweede mediumstroom 16 het systeem met een temperatuur van -3,5 °C en een relatieve vochtigheid van 100 %, positie S8.

!

Door de enthalpieuitwisseling neemt de prestatie van de warmtepomp in dit voorbeeld 10 toe met 77% en wordt bevriezen van het eerste warmteuitwisselingselement 7 en de warmtewisselaar 2 voorkomen.

Bij koelen, waarvan de situatie is weergeven in de figuren 3BA en 3BB, en het bijbehorende diagram is weergegeven in figuur 4B, is als voorbeeld een buitenconditie, 15 positie S1, van 30 °C en een relatieve vochtigheid van 80 % genomen en een binnenconditie van 24 °C en een relatieve vochtigheid van 50 %, positie S4.

In figuur 3BA staan de kleppen 20,21, 22 en 23 in de eerste schakelstand, waarbij het eerste afvoerkanaal 4 is gewisseld met het eerste toevoerkanaal 5, evenals de eerste 20 mediumstroom 15 en de tweede mediumstroom 16 aan de binnenzijde. In figuur 3BB staan de kleppen 20,21,22 en 23 in de tweede schakelstand.

De buitenlucht wordt in het eerste warmteuitwisselingselement 7 eerst verwarmd, waarbij de passeerklep 25 zodanig wordt geregeld, dat de temperatuur van positie S2 25 beperkt wordt tot een waarde, waarbij de door het Camotcircuit gevormde warmte-koude machine nog voldoende effectief is, in dit voorbeeld 41,4 °C, positie S2.

Vervolgens wordt de eerste mediumstroom toegevoerd aan de warmtewisselaar 2.

Hierin koelt de eerste mediumstroom 15 eerst af bij gelijkblijvend vochtgehalte tot het condensatiepunt wordt bereikt. Vervolgens koelt de eerste mediumstroom 15 verder af 30 en condenseert volgens de 100% relatieve vochtigheidslijn. De eerste mediumstroom 15 verlaat de warmtewisselaar 2 met een temperatuur van 13,3 °C en een relatieve vochtigheid van 100 %, zoals wordt weergegeven in de positie S3. Met deze eigenschappen komt de lucht van de eerste mediumstroom 15 in de te conditioneren ruimte terecht. Hierna wordt de lucht gemengd met de lucht in de te conditioneren 1028830 13 ruimte en bereikt de gewenste binnenconditie van 24 °C en 50 % relatieve vochtigheid, i zoals door positie S4 wordt weergegeven.

De tweede mediumstroom 16 uit de te conditioneren ruimte, volgens positie S4, wordt 5 toegevoerd aan het tweede warmteuitwisselingselement 8 en koelt af tot 100 % relatieve vochtigheid wordt bereikt. Hierna wordt verder gekoeld en treedt condensatie op tot een temperatuur van 11,1 °C bij een relatieve vochtigheid van 100 %, zoals wordt weergegeven door positie S5, S6. Hierna wordt de tweede mediumstroom 16 toegevoerd aan de warmtewisselaar 2 en wordt deze opgewarmd, waarbij het op de 10 wand van de kanalen van de warmtewisselaar 2 aanwezige, tijdens de vorige schakelperiode gecondenseerde condens wordt verdampt. De verdampingswarmte wordt direct onttrokken aan de condensatiewarmte, die geproduceerd wordt aan de andere zijde van de warmtewisselaar 2 in de eerste mediumstroom. Als het condensatiepunt van de eerste mediumstroom 15 in de warmtewisselaar 2 bereikt is, 15 blijft het vochtgehalte constant en neemt de temperatuur van de tweede mediumstroom 16 verder toe. Deze tweede mediumstroom 16 verlaat de warmtewisselaar 2 met een temperatuur van 39,1 °C en een relatieve vochtigheid van 45% zoals is weergegeven door de positie S7, waarna na menging met de eerste mediumstroom 15 via de passeerklep 25 een temperatuur van 40,1 °C en een relatieve vochtigheid van 46% 20 resulteert, zoals weergegeven door positie S8.

Door het condensaat, dat gevormd is in het tweede warmteuitwisselingselement 8, toe te voeren aan de warmtewisselaar 2 wordt het koelvermogen vergroot en wordt de toevoertemperatuur van de eerste mediumstroom naar de ruimte 12,3 °C, positie S3a, en 25 de afvoertemperatuur van de tweede mediumstroom uit de warmtewisselaar 38,1 °C, positie S7a en de temperatuur van de afvoerlucht 40,1 °C, positie S8. Door de enthalpieuitwisseling neemt de prestatie van de koude-warmtemachine die in het Camot-circuit is geïmplementeerd, toe met, in dit voorbeeld 83%.

30 In figuur 3C wordt een schema van het systeem getoond met daarin met indicatie SI tot S8 aangegeven de punten, waarvan temperatuur en vochtigheid in figuur 4C voor adiabatisch koelen, in een enthalpiediagram staan aangegeven.

1028830 14

Bij adiabatisch koelen is als voorbeeld een buitenconditie, positie SI, van 30 °C en een relatieve vochtigheid van 80 % genomen en een binnenconditie van 24 °C en een relatieve vochtigheid van 50 %, positie S4. In de warmtewisselaar 2 koelt de eerste mediumstroom 15 eerst af bij gelijkblijvend vochtgehalte tot het condensatiepunt wordt 5 bereikt. Vervolgens koelt de eerste mediumstroom 15 verder af en condenseert volgens de 100% relatieve vochtigheidslijn. De eerste mediumstroom 15 verlaat de warmtewisselaar 2, met een temperatuur van 18 °C en een relatieve vochtigheid van 100 %, positie S3. Hierna wordt de lucht gemengd met de lucht in de te conditioneren ruimte en bereikt de gewenste binnenconditie van 24 °C en 50 % relatieve vochtigheid, 10 positie S4.

De tweede mediumstroom 16 uit de te conditioneren ruimte, positie S4, wordt toegevoerd aan de bevochtiger 14 en koelt met constante enthalpie af tot 100 % relatieve vochtigheid wordt bereikt bij een temperatuur van 17 °C, positie S6. Hierna 15 wordt de tweede mediumstroom 16 toegevoerd aan de warmtewisselaar 2 en opgewarmd, waarbij het op de wand aanwezige condens van de vorige schakelperiode wordt verdampt. De verdampingswarmte wordt direct onttrokken aan de condensatiewarmte, die geproduceerd wordt aan de andere zijde van de warmtewisselaar 2 in de eerste mediumstroom 15. Als het condensatiepunt van de eerste ! 20 mediumstroom in de warmtewisselaar 2 bereikt is, blijft het vochtgehalte constant en neemt de temperatuur verder toe. De tweede mediumstroom 16 verlaat de warmtewisselaar 2 met een temperatuur van 29 °C en een relatieve vochtigheid van 82% zoals door de positie S8 wordt gerepresenteerd.

25 In figuur 3D is een schema van het systeem getoond, waarbij de tweede mediumstroom 16 de warmtewisselaar 2 volledig passeert en de eerste mediumstroom 15 door beide zijden van de warmtewisselaar 2 stroomt, zodat geen warmte of vocht wordt overgedragen. Ten opzichte van de kiepstand in figuur 3BA worden klep 22 en klep 23 in de andere stand gezet, terwijl de passeerklep 24 volledig wordt geopend. Deze stand 30 heeft zin bij kleine koelvermogens, als de buitentemperatuur onder de binnentemperatuur ligt of bij kleine verwarmingsvermogens als de buitentemperatuur boven de binnentemperatuur ligt. Als deze koeling onvoldoende is kan eerst adiabatisch gekoeld worden en als de adiabatische koeling onvoldoende wordt kan mechanisch gekoeld worden. Op deze manier wordt een extra energiebesparing bereikt.

1028830 15

Ten slotte is in figuur 5 een schematisch perspectivisch aanzicht getoond van een inrichting volgens de uitvinding. Hieruit blijkt dat een dergelijke inrichting gemakkelijk in een compacte vorm kan worden gebouwd opdat deze kan worden toegepast als 5 airconditioningeenheid in kantoren, woningen of in kampeervoertuigen.

De gehele eenheid omvat een doosvormige behuizing 1, waarin een warmtewisselaar of recuperator volgens het principe van EP-A-1 485 657 is geplaatst. In een kopwand van de behuizing is een aansluiting 3 aangebracht voor toevoer van buitenlucht en de 10 uitstroomopening 6 voor behandelde lucht aan de buitenzijde. Aan dezelfde zijde van de warmtewisselaar 2 is het eerste warmteuitwisselingselement 7 aangebracht, evenals de compressor 10 van het Camotcircuit en de ventilatoren 26 en 27. Aan de andere zijde van de warmtewisselaar 2 is het tweede warmteuitwisselingselement 8 aangebracht, evenals de uitstroomopening 4 voor de behandelde lucht aan de binnenzijde en een 15 aansluiting 5 van te behandelen binnenlucht.

Deze en diverse andere onderdelen zijn met elkaar verbonden op de wijze die in figuren IA en 1B is weergegeven.

20 Het zal duidelijk zijn dat op diverse wijzen van de weergegeven uitvoeringsvormen van de uitvinding kan worden afgeweken zonder buiten de beschermingsomvang van het octrooi te vallen.

1028830

Claims (16)

1. Inrichting voor het uitwisselen van thermische energie tussen een eerste 5 mediumstroom van buiten naar binnen een te conditioneren ruimte en een tweede mediumstroom van binnen de te conditioneren ruimte naar buiten, omvattende: - een tussen een buitenzijde en een binnenzijde geplaatste warmtewisselaar; - een op de buitenzijde warmtewisselaar aansluitend eerste toevoerkanaal voor het geleiden van de eerste mediumstroom; 10. een op de binnenzijde van de warmtewisselaar aansluitend eerste afvoerkanaal voor het geleiden van de eerste mediumstroom; - een op de binnenzijde van de warmtewisselaar aansluitend tweede toevoerkanaal voor het geleiden van een tweede mediumstroom, waarvan de stroomrichting tegengesteld is aan die van de eerste mediumstroom; en 15. een op de buitenzijde van de warmtewisselaar aansluitend tweede afvoerkanaal voor het geleiden van de tweede mediumstroom, omvattende: - een in een van de kanalen aan de buitenzijde geplaatst eerste warmteuitwisselingselement; - een in een van de kanalen aan de binnenzijde geplaatst tweede 20 warmteuitwisselingselement; - waarbij het eerste en het tweede warmteuitwisselingselement beide zijn opgenomen in een Camot-circuit dat verder is voorzien van een expansie-inrichting en een compressor, met het kenmerk, dat de warmtewisselaar is ingericht voor het uitwisselen van zowel thermische energie als fase-overgangsenergie. 25

2. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de aansluitingen van de compressor en de expansie-inrichting in het Camotcircuit verwisselbaar zijn ten opzichte van de warmteuitwisselingselementen en dat het Camot-circuit is ingericht j voor het overdragen van thermische energie in de zelfde richting als de 30 energieoverdracht van de eerste mediumstroom.

3. Inrichting volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de inrichting is geschakeld voor het verwarmen van de te conditioneren ruimte en dat het eerste warmteuitwisselingselement is geplaatst in het eerste toevoerkanaal. 1028830

4. Inrichting volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat het tweede warmteuitwisselingselement is geplaatst in het eerste afvoerkanaal.

5. Inrichting volgens conclusie 3 of 4, met het kenmerk, dat de aansluiting van het 5 eerste toevoerkanaal op de warmtewisselaar en de aansluiting van het tweede afvoerkanaal door een passeerverbinding met elkaar verbindbaar zijn.

6. Inrichting volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de inrichting is geschakeld voor het koelen van de te conditioneren ruimte en dat het eerste 10 warmteuitwisselingselement is geplaatst in het eerste toevoerkanaal.

7. Inrichting volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat de recuperator is ingericht voor het in tegenfase besturen van de wisselelementen van de recuperator aan de binnenzijde. 15

8. Inrichting volgens conclusie 6 of 7, gekenmerkt door middelen voor omdraaien van de stroomrichting van het Camot-circuit in het eerste warmteuitwisselingselement.

9. Inrichting volgens een van de voorafgaande conclusies, met het kenmerk, dat 20 het tweede toevoerkanaal en het tweede afvoerkanaal door een afsluitbare passeerverbinding met elkaar zijn verbonden.

10. Inrichting volgens conclusie 9, met het kenmerk, dat het eerste toevoerkanaal verbindbaar is met beide zijden van de warmtewisselaar en dat het eerste afvoerkanaal 25 verbindbaar is met beide zijden van de warmtewisselaar.

11. Inrichting volgens een van de voorafgaande conclusies, met het kenmerk, dat in het eerste afvoerkanaal tussen de warmtewisselaar en het eerste warmteuitwisselingselement een verdamper is geplaatst. 30

12. Inrichting volgens een van de voorafgaande conclusies, met het kenmerk, dat in het eerste toevoerkanaal en in het tweede afvoerkanaal een transportpomp voor het medium is geplaatst en dat de in het eerste toevoerkanaal geplaatste mediumpomp stroomopwaarts van het eerste warmteuitwisselingselement is geplaatst. 1028830

13. Inrichting volgens een van de voorafgaande conclusies, met het kenmerk, dat de inrichting geschakeld is als een luchtbehandelinginrichting.

14. Inrichting volgens conclusie 13, met het kenmerk, dat de 5 luchtbehandelinginrichting is ingericht voor plaatsing in een kampeervoertuig.

15. Inrichting volgens conclusie 13, met het kenmerk, dat de luchtbehandelinginrichting is ingericht voor plaatsing in een gebouw.

16. Inrichting volgens conclusie 14 of 15, met het kenmerk, dat bij het verwarmen van de te conditioneren ruimte het eerste afvoerkanaal is ingericht voor het richten van het eerste medium naar het plafond van de te conditioneren ruimte en het tweede afvoerkanaal is ingericht voor het aanzuigen van het medium in de nabijheid van de bodem van de te conditioneren ruimte, en dat bij het koelen van de te conditioneren 15 ruimte het eerste afvoerkanaal is ingericht voor het richten van het eerste medium naar de bodem van de te conditioneren ruimte en het tweede afvoerkanaal is ingericht voor het aanzuigen van het medium vanaf de nabijheid van het plafond van de te conditioneren ruimte. 20 ! | 1028830