PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE102007022261A1 15.11.2007
Titel Kühlvorrichtung
Anmelder Barath, Gisela, 41472 Neuss, DE
Erfinder Barath, Bela, 41472 Neuss, DE
Vertreter Paul & Albrecht Patentanwaltssozietät, 41460 Neuss
DE-Anmeldedatum 09.05.2007
DE-Aktenzeichen 102007022261
Offenlegungstag 15.11.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 15.11.2007
IPC-Hauptklasse F24F 5/00(2006.01)A, F, I, 20070509, B, H, DE
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung zum Temperieren von Räumen mit wenigstens einem Luftkanal (1), der ein Phasenübergangsmaterial (2) enthält und ein oberes Einlassende (3) und ein unteres Auslassende (4) aufweist, und einem Ventilator (6), um zu temperierende Raumluft unter Abgabe von Wärmeenergie an das Phasenübergangsmaterial (2) durch den Luftkanal (1) zu transportieren, welche dadurch gekennzeichnet ist, dass parallel zu dem Luftkanal (1) ein Luftschacht (7) mit einem oberen Einlassende (8) und einem unteren Auslassende (9) vorgesehen ist, dass der Luftkanal (1) und der Luftschacht (7) einlassseitig an den Kühlluftauslass eines Luftkühlers (11) angeschlossen sind und dass dem Luftkanal (1) und dem Luftschacht (7) Absperrmittel (5, 10), insbesondere in Form von Absperrklappen, zugeordnet sind, die betätigbar sind, um ein Durchströmen des Luftkanals (1) und/oder des Luftschachts (7) wahlweise zu erlauben oder zu verhindern.

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung zum Temperieren von Räumen mit wenigstens einem Luftkanal, der ein Phasenübergangsmaterial enthält und ein oberes Einlaßende und ein unteres Auslaßende aufweist, und einem Ventilator, um zu temperierende Raumluft unter Abgabe von Wärmeenergie an das Phasenübergangsmaterial durch den Luftkanal zu transportieren.

Vorrichtungen dieser Art sind beispielsweise aus der DE 299 22 798 U1 der Anmelderin bekannt und werden insbesondere in großen Gebäuden eingesetzt, um Büroräume etc. zu kühlen. Die bekannten Kühlvorrichtungen besitzen einen Luftkanal, durch welchen eine zu kühlende Raumluft durch Konvektion oder zwangsgeführt mittels eines Ventilators an einem Phasenübergangsmaterial (PCM = Phase Change Material) vorbeigeführt wird, um die Raumluft unter Abgabe von Wärmeenergie an das PCM abzukühlen. Diesen Kühlvorrichtungen liegt die Überlegung zugrunde, die latente Wärme der sogenannten Phasenübergangsmaterialien an ihrem Phasenübergang zu nutzen. Aufgrund der latenten wärme des Phasenübergangs beim Übergang fest←→flüssig sind diese Materialien in der Lage, große Wärmemengen bei vergleichsweise niedrigem Temperaturhub zu speichern und später beinahe zu konstanter Temperatur wieder abzugeben.

Der Einsatz von PCM erfordert Regenerierungsphasen, in welchen das Material die aufgenommene Energie wieder abgeben kann. Um diese Regenerierungsphasen zu beschleunigen, weist die in der DE 299 22 798 U1 beschriebene Vorrichtung ein aktives Kühlsystem auf. Konkret ist ein Kühlwasserkreislauf vorgesehen, durch welchen eine aktive Kühlung des PCM über einen Wasserkreislauf erfolgt, der wiederum luftgekühlt ist.

Die bekannten Temperaturvorrichtungen haben sich in der Praxis zwar durchaus bewährt. Die Bestrebungen gehen jedoch dahin, die Vorrichtungen universeller einsetzen zu können.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Kühlvorrichtung zum Temperieren von Räumen der eingangs genannten Art bereitzustellen, die eine effektive Klimatisierung gewährleistet und außerdem wirtschaftlich ist.

Diese Aufgabe ist bei der Kühlvorrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß parallel zu dem Luftkanal ein Luftschacht mit einem oberen Einlaßende und einem unteren Auslaßende vorgesehen ist, daß der Luftkanal und der Luftschacht einlaßseitig an den Kühlluftauslaß eines Luftkühlers angeschlossen sind und daß dem Luftkanal und dem Luftschaft Absperrmittel zugeordnet sind, die betätigbar sind, um ein Durchströmen des Luftkanals und/oder des Luftschachts wahlweise zu erlauben oder zu verhindern.

Bei der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung kann im Kühlbetrieb die zu kühlende Luft in an sich bekannter Weise durch den Luftkanal geführt werden, um Wärme an das PCM abzugeben. Dabei findet bei der Speicherung der Wärme in dem PCM ein Phasenübergang in einer Richtung, beispielsweise ein Schmelzen eines festen Salzes zu einer Flüssigkeit statt. Die gespeicherte Energie steckt dann in der latenten Schmelzwärme, führt also nicht zu einer Temperaturerhöhung des PCM. Alternativ ist es möglich, eine Kühlung über den Luftkühler vorzunehmen, wobei dann die gekühlte Luft aufgrund von Gravitation durch den Luftschacht fällt und an dessen unterem Ende wieder in den zu kühlenden Raum austritt. Die Kühlung über den Luftkühler ermöglicht eine hohe Kühlleistung. Zudem kann der Luftkühler auch eingesetzt werden, um in den Regenerierungsphasen, die insbesondere im Nachtbetrieb stattfinden können, kühle Luft durch den Luftkanal zu führen und auf diese Weise dem PCM Wärmeenergie zu entziehen, wobei es rekristallisiert.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist entsprechend vorgesehen, daß der Ventilator, der Luftkühler und die Absperrmittel an eine Steuervorrichtung angeschlossen sind. Die Steuervorrichtung kann dann in einem Aufladebetriebsmodus den Luftkühler und den Ventilator einschalten und die Absperrmittel betätigen, um den Luftkanal zu öffnen und den Luftschacht zu schließen, so daß aus dem Luftkühler austretende, gekühlte Luft den Luftkanal durchströmt, wobei dem Phasenübergangsmaterial unter Übergang in den kristallinen Zustand Wärme entzogen wird.

In einem ersten Kühlbetriebsmodus wird die Steuervorrichtung den Ventilator einschalten und den Luftkühler ausschalten sowie die Absperrmittel betätigen, um den Luftkanal zu öffnen und den Luftschacht zu schließen, so daß zu temperierende Raumluft unter Abgabe von Wärmeenergie an das Phasenübergangsmaterial durch den Luftkanal transportiert wird.

In einem zweiten Kühlbetriebsmodus wird die Steuervorrichtung den Ventilator ausschalten und den Luftkühler einschalten sowie die Absperrmittel betätigen, um den Luftkanal zu schließen und den Luftschacht zu öffnen, so daß zu temperierende Luft in dem Luftkühler gekühlt wird, durch den Luftschacht fällt und aus dem Luftschacht an dessen unterem Auslaßende austritt.

Der Ventilator kann auch so angeordnet sein, daß der geeignet ist, Luft sowohl durch den Luftkanal, als auch durch den Luftschacht zu fördern. In diesem Fall kann in dem zweiten Kühlbetriebsmodus der Ventilator auch eingeschaltet sein.

Es ist auch möglich, die Kühlvorrichtung in einem Kühl/Auflade-Betriebsmodus laufen zu lassen. In diesem Fall wird die Steuervorrichtung den Ventilator und den Luftkühler einschaltet sowie die Absperrmittel betätigen, um den Luftkanal und den Luftschacht zu öffnen, so daß zu temperierende Luft in dem Luftkühler gekühlt wird und die gekühlte Luft dann parallel einerseits durch den Luftschacht fällt und aus dem Luftschacht an dessen unterem Auslaßende auftritt, und andererseits den Luftkanal durchströmt, wobei dem Phasenübergangsmaterial unter Übergang in den kristallinen Zustand Wärme entzogen wird.

Bei dieser Ausführungsform wird somit der den Luftschacht durchströmende Teil der gekühlten Luft direkt zur Raumkühlung verwendet, während der den Luftkanal durchströmende Teil zum Aufladen des PCM verwendet wird. Sofern die Luft hierbei nicht zu viel Wärmeenergie aufnimmt, kann sie immer noch im gekühlten Zustand zurück in den zu kühlenden Raum eintreten.

Hierbei kann der Steuervorrichtung ein Temperaturkühler zugeordnet sein, so daß die Steuervorrichtung in Abhängigkeit von einer durch den Temperaturfühler ermittelten Lufttemperatur die Kühlvorrichtung in dem einen oder dem anderen Kühlbetriebsmodus arbeiten läßt. Es hat sich gezeigt, daß der Kühlbetrieb über das PCM bis zu Raumtemperaturen von ca. 23°C bis 25°C sehr wirkungsvoll ist, bei höheren Temperaturen jedoch eine höhere Kühlleistung erforderlich ist, die über den Luftkühler erreicht werden kann. Das Umschalten zwischen den Kühlbetriebsmodi kann natürlich auch von anderen Parametern, beispielsweise der Temperatur der aus dem Luftkanal bzw. Luftschacht austretenden Luft, der Außentemperatur etc. erfolgen.

Schließlich kann vorgesehen sein, dass mehreren Luftschachten und/oder mehreren Luftkanälen ein gemeinsamer Luftkühler zugeordnet ist, um die Luftschächte und/oder die Luftkanäle parallel mit gekühlter Luft zu versorgen. Dabei kann der Luftkühler als dezentrales Flach- oder Unterflurgerät ausgebildet sein.

Hinsichtlich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen der Erfindungen wird auf die Unteransprüche sowie die nachfolgende Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung verwiesen. In der Zeichnung zeigt:

1 in schematischer Darstellung eine Kühlvorrichtung zum Temperieren von Räumen gemäß der vorliegenden Erfindung im Aufladebetrieb;

2 die Kühlvorrichtung aus 1 in einem ersten Kühlbetriebsmodus,

3 die Kühlvorrichtung aus 1 in einem zweiten Kühlbetriebsmodus, und

4 eine alternative Kühlvorrichtung in einem Kühl/Auflade-Betriebsmodus.

In den Figuren ist eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung K zum Temperieren von Räumen gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Diese Kühlvorrichtung K besitzt einen sich in vertikaler Richtung erstreckenden Luftkanal 1, der ein Phasenübergangsmaterial 2 (PCM) enthält und ein oberes Einlaßende 3 und ein unteren Auslaßende 4 aufweist. Am Einlaßende 3 ist in dem Luftkanal 1 ein Absperrmittel 5 in Form einer Absperrklappe vorgesehen, und am unteren Auslaßende 4 des Luftkanals 1 ist ein Ventilator 6 angeordnet, um zu temperierende Raumluft unter Abgabe von Wärmeenergie an das PCM 2 durch den Luftkanal 1 zu transportieren.

Parallel zu dem Luftkanal 1 ist ein Luftschacht 7 mit einem oberen Einlaßende 8 und einem unteren Auslaßende 9 vorgesehen. Am Einlaßende 8 ist in dem Luftschacht 7 ein Absperrmittel 10 ebenfalls in Form einer Absperrklappe angeordnet, die es erlaubt, den Luftschacht 7 zu öffnen oder zu schließen. Das Auslaßende 9 des Luftschachtes 7 endet unterhalb des Auslaßendes 4 des Luftkanals 1.

Die Kühlvorrichtung K besitzt des weiteren einen Luftkühler 11, der an der Kopfseite des Luftkanals 1 sowie des Luftschachtes 7 plaziert ist und mit deren Einlaßenden 3, 8 über einen gemeinsamen Verbindungskanal 12 verbunden ist. Nicht dargestellt ist, daß der Ventilator 6, der Luftkühler 11 und die Absperrmittel 5, 10 an eine Steuervorrichtung angeschlossen sind und über diese betätigt werden können.

In den 1 bis 3 sind drei Betriebsarten der Kühlvorrichtung K dargestellt. Die 1 zeigt die Kühlvorrichtung K in einem Auflademodus, welcher dazu dient, insbesondere im Nachtbetrieb dem in dem Luftkanal 1 enthaltenen PCM 2 Wärmeenergie zu entziehen und das PCM 2 auf diese Weise aufzuladen. In diesem Aufladebetriebsmodus schaltet die Steuervorrichtung den Luftkühler 11 und den Ventilator 6 ein und betätigt die Absperrmittel 5, 10, um den Luftkanal 1 zu öffnen und den Luftschacht 7 zu schließen. Über den Ventilator 6 wird dann Raumluft in Richtung des Pfeils R in den Luftkühler 11 gesaugt, dort gekühlt, und die aus dem Luftkühler 11 austretende gekühlte Luft tritt dann – wie durch den Pfeil Z angedeutet – in den Luftkanal 1 ein, durchströmt diesen, wobei sie dem PCM 2 Wärmeenergie entzieht, so daß das PCM 2 rekristallisiert, und tritt am Auslaßende 4 aus dem Luftkanal 1 wieder aus. Neben der Regenerierung des PCM 2 wird in dem Aufladebetrieb zusätzlich eine Kühlung der Raumluft erreicht, da die aus dem Luftkanal 1 austretende Luft in der Regel kühler ist als die in den Luftkühler 11 gesaugte Raumluft.

In der 2 ist ein erster Kühlbetriebsmodus der Kühlvorrichtung K dargestellt. In diesem Kühlbetriebsmodus schaltet die Steuervorrichtung den Ventilator 6 ein und den Luftkühler 11 aus und betätigt die Absperrmittel 5, 10, um den Luftkanal 1 zu öffnen und den Luftschacht 7 zu schließen. Dieser Kühlbetriebsmodus entspricht somit dem Auflademodus mit der Maßgabe, daß der Luftkühler 11 ausgeschaltet ist. In der Folge wird Raumluft R durch den Betrieb des Ventilators 6 in den Luftkühler 11 gesaugt und tritt ungekühlt in den Luftkanal 1 ein mit der Folge, daß die Luft unter Abgabe von Wärmeenergie an das PCM 2 durch den Luftkanal 1 transportiert wird und gekühlt am Auslaßende 4 in den Raum austritt.

Bei dem in 3 dargestellten zweiten Kühlbetriebsmodus schaltet die Steuervorrichtung den Ventilator 6 aus und den Luftkühler 11 ein und betätigt die Absperrmittel 5, 10, um den Luftkanal 1 zu schließen und den Luftschacht 7 zu öffnen. Die zu temperierende Raumluft tritt dann in den Luftkühler 11 wie durch den Pfeil R angedeutet ein und wird dort gekühlt. Aus dem Luftkühler 11 austretende gekühlte Luft strömt dann, wie durch den Pfeil Z angedeutet, in den Luftschacht 7 und fällt in diesem aufgrund von Gravitation zum Auslaßende 9, wo sie wieder in den Raum austritt.

Das Umschalten zwischen den einzelnen Steuerungsarten kann auf unterschiedliche Weise erfolgen. Der in 1 dargestellte Auflademodus wird bevorzugt im Nachtbetrieb stattfinden und kann entsprechend beispielsweise über eine Zeitschaltung aktiviert und deaktiviert werden. Die Schaltung zwischen dem ersten und dem zweiten Kühlbetriebsmodus erfolgt zweckmäßigerweise in Abhängigkeit von der zur Verfügung zu stellenden Kühlleistung und entsprechend in Abhängigkeit von der Raumtemperatur. Da durch die Kühlung über das PCM 2 nur eine beschränkte Kühlleistung zur Verfügung gestellt werden kann, wird der in 2 dargestellte erste Kühlbetriebsmodus nur bis zu Raumtemperaturen von etwa 23 bis 25°C eingesetzt, bei darüber liegenden Temperaturen wird die Steuervorrichtung die Kühlvorrichtung K in den zweiten Kühlbetriebsmodus schalten, in dem eine Kühlung über den Luftkühler 11 erfolgt (siehe 3).

Wie in der 4 gezeigt ist, kann der Ventilator 6 auch derart angeordnet sein, daß er den Transport von Luft sowohl durch den Luftkanal 1, als auch durch den Luftschacht 7 unterstützt. In diesem Fall kann der Ventilator 6 im oben beschriebenen zweiten Kühlbetriebsmodus auch eingeschaltet bleiben. Des weiteren ist es möglich, die Kühlvorrichtung in einem kombinierten Kühl/Auflade-Betriebsmodus arbeiten zu lassen. In diesem Betriebsmodus schaltet die Steuervorrichtung den Ventilator 6 und den Luftkühler 11 ein und betätigt die Absperrmittel 5, 10, um den Luftkanal 1 und den Luftschacht 7 zu öffnen. Die zu temperierende Raumluft tritt dann in den Luftkühler 11 ein und wird durchgekühlt. Aus dem Luftkühler 11 austretende gekühlte Luft strömt dann einerseits durch den Luftschacht 7 zu dessen Auslaßende 9, wo sie wieder in den Raum austritt, und andererseits parallel dazu in den Luftkanal 1, wo sie dem PCM 2 Wärmeenergie entzieht, so daß das PCM 2 rekristallisiert und aufgeladen wird. In diesem Fall trägt im wesentlichen der den Luftschacht 7 durchströmende Teil der gekühlten Luft zur Raumkühlung bei, während die durch den Luftkanal 1 einströmende Luft erwärmt wird und somit nicht oder weniger zur Raumkühlung beitragen kann.

Es hat sich gezeigt, daß mit der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung eine effektive Raumkühlung bei unterschiedlichen Temperaturen erfolgen kann. Dabei kann der Luftkühler sowohl zum Aufladen des PCM, als auch zum Kühlen der Raumluft im zweiten Kühlbetriebsmodus eingesetzt werden, so daß synergetische Effekte eintreten, durch welche die erfindungsgemäße Kühlvorrichtung K preiswert wird.

Es versteht sich, daß der Ventilator 6 und auch der Luftkühler 11 in unterschiedlichen Kapazitätsstufen laufen können, so daß über die Kühlleistung einerseits und über die Luftmenge andererseits die Kühllufttemperatur insbesondere in Abhängigkeit von der vorherrschenden Raumtemperatur eingestellt werden kann.


Anspruch[de]
Kühlvorrichtung zum Temperieren von Räumen mit wenigstens einem Luftkanal (1), der ein Phasenübergangsmaterial (2) enthält und ein oberes Einlaßende (3) und ein unteres Auslaßende (4) aufweist, und einem Ventilator (6), um zu temperierende Raumluft unter Abgabe von Wärmeenergie an das Phasenübergangsmaterial (2) durch den Luftkanal (1) zu transportieren, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu dem Luftkanal (1) ein Luftschacht (7) mit einem oberen Einlaßende (8) und einem unteren Auslaßende (9) vorgesehen ist, daß der Luftkanal (1) und der Luftschacht (7) einlaßseitig an den Kühlluftauslaß eines Luftkühlers (11) angeschlossen sind und daß dem Luftkanal (1) und dem Luftschacht (7) Absperrmittel (5, 10), insbesondere in Form von Absperrklappen, zugeordnet sind, die betätigbar sind, um ein Durchströmen des Luftkanals (1) und/oder des Luftschachts (7) wahlweise zu erlauben oder zu verhindern. Kühlvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilator (6), der Luftkühler (11) und die Absperrmittel (5, 10) an eine Steuervorrichtung angeschlossen sind. Kühlvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung in einem Aufladebetriebsmodus den Luftkühler (11) und den Ventilator (6) einschaltet und die Absperrmittel (5, 10) betätigt, um den Luftkanal (1) zu öffnen und den Luftschacht (7) zu schließen, so daß aus dem Luftkühler (11) austretende, gekühlte Luft den Luftkanal (1) durchströmt, wodurch dem Phasenübergangsmaterial unter Übergang in den kristallinen Zustand Wärme entzogen wird. Kühlvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung in einem Kühlbetriebsmodus den Ventilator (6) einschaltet und den Luftkühler (11) ausschaltet sowie die Absperrmittel (5, 10) betätigt, um den Luftkanal (1) zu öffnen und den Luftschacht (7) zu schließen, so daß zu temperierende Raumluft unter Abgabe von Wärmeenergie an das Phasenübergangsmaterial (2) durch den Luftkanal (1) transportiert wird. Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Kühlbetriebsmodus die Steuervorrichtung den Luftkühler (11) einschaltet sowie die Absperrmittel (5, 10) betätigt, um den Luftkanal (1) zu schließen und den Luftschacht (7) zu öffnen, so daß zu temperierende Raumluft in dem Luftkühler (11) gekühlt wird, durch den Luftschacht (7) fällt und aus dem Luftschacht (7) an dessen unterem Auslaßende (9) austritt. Kühlvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilator (6) angeordnet ist, um in die Kühlvorrichtung eintretende Luft sowohl durch den Luftkanal (1) als auch durch den Luftschacht (7) zu transportieren. Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Kühl/Auflade-Betriebsmodus die Steuervorrichtung den Ventilator (6) und den Luftkühler (11) einschaltet sowie die Absperrmittel (5, 10) betätigt, um den Luftkanal (1) und den Luftschacht (7) zu öffnen, so daß zu temperierende Raumluft in dem Luftkühler (11) gekühlt wird und die gekühlte Luft dann parallel einerseits durch den Luftschacht (7) fällt und aus dem Luftschacht (7) an dessen unterem Auslaßende (9) austritt und andererseits den Luftkanal (1) durchströmt, wodurch dem Phasenübergangsmaterial unter Übergang in den kristallinen Zustand wärme entzogen wird. Kühlvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehreren Luftschachten (7) und/oder mehreren Luftkanälen (1) ein gemeinsamer Luftkühler (11) zugeordnet ist, um die Luftschächte (7) und/oder die Luftkanäle (1) parallel mit gekühlter Luft zu versorgen. Dabei kann der Luftkühler als dezentrales Flach- oder Unterflurgerät ausgebildet sein.






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com