DE2153175B2 - Anlage zum Temperieren und Entfeuchten eines Luftstromes zur Klimatisierung von Räumen - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Anlage zum Temperieren und Entfeuchten eines Luftstromes mit nur einer einzigen Kältemaschine für indirekte Temperierung und Entfeuchtung. Eine derartige Anlage ist zur Klimatisierung von Räumen, wo die Luftzusände »Kühlen«, »Heizen« und Entfeuchten« als Komponenten des Klimas einer Aufbereitung unterworfen werden, vorzugsweise aber für großvolumige begehbare Prüfkammern anwendbar.

Es gibt eine Vielzahl von Prüfkammem für solche Zwecke. So wurde bereits mehrfach vorgeschiagen, für die Temperierung und Entfeuchtung der Luft in einer Prüfkammer den Verdampfer einer Kältemaschine in Verbindung mit einem elektrischen Nachheizer zu verwenden. Bei anderen bekannten Prüfkammern wurde für die Temperierung der Verdampfer einer Kältemaschine und ein Heizer und für die Entfeuchtung der Verdampfer einer weiteren Kältemaschine benutzt Die Befeuchtung sollte durch ein gesondertes Gerät erfolgen. Der Aufwand einer solchen Einrichtung ist zumindest im ersten Fall sicherlich gering, jedoch ist auch die erreichbare Regelqualität sehr niedrig und entspricht vielen Forderungen nicht Das ist im wesentlichen durch die zu große Temperaturdifferenz zwischen der in der Prüfkammer umgewälzten Luft und der Verdampferoberfläche bedingt Bei jedem notwendigen Kühlvorgang wird deshalb zwangsläufig der Feuchtehaushalt solcher Prüfkammern stark beeinflußt, wodurch eine genaue Regelung und damit auch ein immer häufiger geforderter Programmbetrieb auf diese Weise nicht realisierbar ist Auch vorgeschlagene Mittel zur Beeinflussung der Verdampfungstemperatur bzw. zur Dosierung der über den Verdampfer strömenden Luftmenge beseitigen die grundlegenden Nachteile ebenso wenig wie Unterteilung der Verdampferoberfläche und der Kälteleistung. Abhilfe bringt hier die indirekte Temperierung mit einer Flüssigkeit, z. B. Sole, wenn man — wie bekannt — durch entsprechende Bemessung der Wärmeübertragerflächen und des Förderstromes dafür sorgt, daß beim Kühlvorgang die Temperaturdifferenz zwischen ucgewälzter Luft- und Kühleroberfläche kleiner als etwa 1 bis 2 Grad bleibt. Dann kann im üblichen Feuchtebsreich gekühlt werden, ohne daß gleichzeitig eine Beeinflussung des Feuchtehaushaltes erfolgt Dies geschieht dann nur noch in geringem Maße bei sehr hohen relativen Feuchten und kann mit einem Befeuchter leicht kompensiert werden.

Ein bekannter Klimaprüfschrank mit nur einer Kältemaschine besitzt eine indirekte Temperierung für kleine Temperaturdifferenzen, jedoch erfolgt die Entfeuchtung der Luft an einer Fläche des Verdampfers, die stets auf niedrigen Temperaturen gehalten wird. Die Temperaturdifferenz ist daher groß, und zu starke Entfeuchtungseffekte können nur verhindert werden, durch eine genau gewählte Dosierung des aus dem Nutzraum bzw. der Umgebung mittels eines Gebläses geförderten Luftstromes. Für kleine Nutzraumvolumina ist eine solche Methode noch vertretbar ebenso wie der Energieaufwand, der nötig ist, um das Solebad bei Wechselklimabetrieb ständig auf die für die anzusteuernde Solltemperatur notwendige Soletemperatur zu kühlen oder zu heizen. Dies gilt übrigens auch für viele andere bekannte Klimaprüfschränke. Ferner muß beachtet werden, daß am Ein- bzw. Austritt des trockenen bzw. feuchten Teilluftstromes keine zu große örtliche Beeinflussung des Klimazustandes eintritt. Bei Verdampfungstemperaturen unter 273 K wird die zur Entfeuchtung dienende Fläche relativ schnell bereift sein. Schließlich ist der Förclerstrom der Temperierungssole infolge der Art der Dosierung nicht konstant.

Klimatische Störeinflüsse seitens des Prüfgutes oder der Umgebung werden nicht immer gleich gut kompensiert werden können. Bei vielen bekannten Klimaprüfschränken bzw. -kammern wird zumindest die Entfeuchtung, meist auch die Befeuchtung, in einigen Fällen sogar die Temperierung der Prüfraumluft außerhalb des Prüfraumes vorgenommen. Deshalb sind isolierte und zumindest bei Anwendung einer Feuchtesteuerung auch temperierte Luftleitungen notwendig. Besonders bei größeren Nutzraumvolumina wird der Platzbedarf dadurch größer, Gebläse und automatische Ventile werden benötigt, die Kosten steigen.

Bei einigen bekannten Klimaprüfschränken bzw. -kammern wird eine hohe Qualität der Klimabedingungen im Prüfraum mit sehr hohem Aufwand angestrebt Man verwendet z. B. in einem Fall zwei gesonderte Kältemaschinen, zwei Pumpen für Sole bzw. Wasser, ein Gebläse, viele Regelgeräte, wie Magnetventile, thermostatische Einspritzventile, Motorventile und drei Verdampfer, zwei Verflüssiger und zusätzliche Wärmeübertrager in einer Anlage.

Aus Gründen der Vollständigkeit sei iine Reihe bekannter Klimakammern erwähnt, die für größere Entfeuchtungsleistungen ausgelegt sind. Prinzipiell ist in diesen Kammern ein flüEsigkeitsbeaufschlagter Wärmeübertrager angeordnet, dessen Temperatur vom Feuchteregler beeinflußt wird und somit den Taupunkt der Luft einstellt Um die gewünschte Lufttemperatur zu erhalten, wird üblicherweise elektrisch nachgeheizt Bei niedrigen Feuchten ist der Energiebedarf dafür beträchtlich. Das gilt auch dann, wenn die Entfeuchtungsrate relativ klein ist, da der Taupunkt zumindest an einem Teil der Oberfläche des flüssigkeitsbeaufschlagten Wärmeübertragers, meist aber an der Gesamtfläche, erreicht bzw. unterschritten werden muß und eine entsprechende Abkühlung der Luft unvermeidbar ist

Mit der Erfindung wird bezweckt die dargestellten Mängel zu mindern bzw. zu beseitigen und damit Anlagen mit höherem Gebrauchswert zu schaffen.

Der Erfindung liegt die komplexe Aufgabe zugrunde, mittels einer Anlage zum Temperieren und Entfeuchten eines Luftstromes zur Klimatisierung von Päumen, eine hohe Qualität der Lufttemperatur- und Feuchteregelung zu erzielen, d. h. für diese Größen nur sehr kleine Abweichungen gegenüber den jeweils vorgewählten Sollwerte.i zuzulassen. Es sollen da.iir aber nur geringe Ansprüche an die regelungstechnischen Einrichtungen gestellt werden. Andererseits soll jedoch bein Ausgleich von klimatischen Störeinflüssen seitens des Prüfgutes oder der Umgebung eine hohe Stabilität erreicht werden. Die Luftbehandlung soll bezüglich der Temperie/ung, der Be- und Entfeuchtung weitestgehend innerhalb des zu klimatisierenden Raumes erfolgen. Dabei sollen Kühl- und Entfeuchtungsvorgang bei möglichst kleiner Temperaturdifferenz stattfinden, und die Temperaturdifferenz soll sich selbständig der anstehenden Kühl- bzw. Entfeuchtungsleistung anpassen. Die Konzeption muß sich zur Programmsteuerung für vielseitige Klimaprüfungen eignen. Kurzzeitig soll eine hohe Abkühlgeschwindigkeit ohne große installierte Leistung möglich sein. Auch bei häufigen Sollwertsprüngen sollen die Betriebskosten niedrig sein. Die Anlage soll eine hohe Funktionssicherheit besitzen, und schließlich soll ein übersichtlicher kompakter Aufbau mit nur einer Kältsmaschine gewährleistet sein, isolierte und temperierte Luftleitungen, Gebläse dafür und Zubehör sollen verml·. den werden, Gesamtvolumen, Platzbedarf und Herstellungskosten sollen minimal sein.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruches wiedergegebenen Merkmale gelöst Bei geringem apparativen und maschinellen Aufwand wird mit dieser Schaltung eine hohe Regelqualität erzielt Die von den Reglern betätigten Stellglieder erlauben — im Gegensatz zu Kältemittelverdichtern — eine große Schalthäufigkeit, d-h, die Abweichungen vom jeweiligen Sollwert können somit klein gehalten werden. In den Kreisläufen ist der Förderstrom des Wärmeträgers auch bei Regelbetrieb nahezu konstant und etwa gleich dem maximalen Förderstrom, da es genügt, an den einstell- bzw. regelbaren Stellgliedern einen niedrigen Druckabfall vorzugeben.

Das führt zu hohen Wärmedurchgangszahlen an den Wärmeübertragern und in Verbindung mit dem hohen Wasserwert des Temperierungsmeduims zu einer stabilen Temperaturführung des Luftstromes. Dazu trägt auch der großflächige Wärmeübertrager für die Temperierung bei. Der Entfeuchtv :gs-Wärmeübertrager erhält eine kleinere Oberfläche, v. a? einen niedrigen Energieaufwand erfordert Die Bypaßwirkung bei der Wärmeabgabe im Behälter für den Wärmeträger führt zu allmählichen, durch die einstell- bzw. regelbaren Stellglieder beeinflußbaren, aber bei Signalgabe durch die Regler sofort wirksam werdenden Temperaturänderungen in den Kreisläufen, was gleichfalls zur Erhöhung der Regelgüte beiträgt Ferner braucht die Temperatur des Wärmeträgers im Behälter nicht den jeweiligen Temperatursollwerten des Luftstromes entsprechend nachgefahren zu werden, sondern sie kann auf einem ausreichend niedrigen Temperaturpegel gehalten werden.

Der Wärmeträger steht für rasche Temperatursenkungen des Luftstromes stets in genügender Menge zur Verfügung, und es wird bei der oben beschriebenen Betriebsweise auch Energie gespart

Nach einer weiteren Ausbildung der E-findnng sind zwei parallel geschaltete Stellglieder in einem Kreislauf vorgesehen, wobei ein mit einem vom zugeordneten R'gler betätigtes Stellglied, z. B. einem Magnetventil, in Reihe geschaltet ist bzw. ansteile dieser einfachen Stellglieder motorbetätigte, kontinuierlich im Querschnitt veränderbare Mehrwegestellglieder vorgesehen sind. Dies dient ebenfalls der Verbesserung der Regelgüte, insbesondere wenn große Arbeitsbereiche beherrscht werden müssen. Der Temperaturregler, der außer dem im Kreislauf des für die Temperierung zuständigen Wärmeübertragers liegenden Stellglied auch den Heizer betätigt, ist vorzugsweise mit zwei Fühlern bestückt, von denen sich einer im Luftstrom und der andere am Eintritt des Wärmeträgers in den Wärmeübertrager befindet. Dadurch wird rechtzeitig ein hinreichend großes Signal für den Temperaturregler gebildet und danrt ebenfalls die Regelgüte verbessert. In weiterer Ausbildung ist der Feuchteregler außer mit dem Stellglied des die Entfeuchtung bewirkenden Kreislaufes noch mit dem Befeuchter verbunden. De," Kältemittelverdichter besitzt zweckmäßigerweise ein thermosta'.ische Schaltung, wobei der Fühler vorzugsweise in den Behälter für den Wärmeträger eingebaut ist. Zur Erzielung tiefer Temperaturen kann zusätzlich ein Verdampfer für direkte Kühlung in dem Luftstrom zweckmäßig sein.

b5 Die Erfindung soll nachfolgend an einem A-isführungsbeispiel erläutert werden.

In der Zeichnung ist mit 1 eine Prüfkammer mit isolierten Wänden 2, einem Ventilator 3. einem

Wärmeübertrager 4 für die Entfeuchtung, einem Tropfenabscheider 5 und einem Wärmeübertrager 6 für die Temperierung der umgewälzten Luft bezeichnet. Die Sirömungsrichtung der Luft ist durch Pfeile angedeutet. Ein für tiefere Temperaturen gegebenenfalls eingebauter Verdampfer 7 für direkte Kühlung ist gestrichelt eingezeichnet, desgleichen seine Verbindungsleitungen mit der Kältemaschine. Auf die Darstellung der erforderlichen kältetechnischen Armaturen zur Verbindung des Verdampfers 7 mit dem Kältemittelkreislauf für die indirekte Temperierung, bestehend aus Kältemittelverdichter 8, Verflüssiger 9, Magnetventil 10, thermostatischem Einspritzventil 11 und Verdampfer 12, wurde aus Gründen der Übersichtlichkeit verzichtet. Zum Kreislauf des Wärmeträgers für die Entfeuchtung gehören außer dem genannten Wärmeübertrager 4 eine Fördereinrichtung 13 und ein einstellbares Stellglied 14. Dieser Kreislauf ist durch 2 Leitungen mit

CiPlCm iäöiicTicn uciiäitcT υ ιΐίΓ ucii ττ äriTicirägcT, 2, υ.

Sole, verbunden, wobei in eine der Leitungen ein von einem Feuchtefühler 16, einem Feuchteregler 17 über Schaltelemente 18 betätigtes Stellglied 19, ein Magnetventil, eingebaut ist. Vom Feuchteregler 17 wird über die Schaltelemente 18 außerdem ein Befeuchter 20 betätigt.

Zum Kreislauf des Wärmeträgers für die Temperierung gehören außer dem Wärmeübertrager 6 eine Fördereinrichtung 21 und ein einstellbares Stellglied 22. Dieser Kreislauf ist ebenfalls durch zwei Leitungen mit dem Behälter 15 verbunden. In einer dieser Leitungen ist ein Stellglied 23, ein Magnetventil, eingebaut, das von einem Temperaturfühler 24 am Eintritt des Wärmeträgers in den Wärmeübertrager 6, einem weiteren Temperaturfühler 25 in der Prüfkammer, einem Temperaturregler 26 über Schaltelemente 27 betätigt wird. In den beschriebenen Kreisläufen wird das Temperierungsmedium ständig umgewälzt. Dadurch ergeben sich hohe Wärmedurchgangszahlen an den Wärmeübertragern und in Verbindung mit dem hohen Wasserwert des Temperierungsmediums eine stabile Temperaturführung der Nutzraumluft. Durch den befehlgebenden Fühler 16 bzw. 25 wird über die Regler 17 bzw. 26 und Schaltelemente 18 bzw. 27, die die Stellglieder 19 bzw. 23 betätigen, eine zur Veränderung eines Klimazustandes bzw. zur Kompensierung einer Störgröße während des Regelbetriebes erforderliche

ίο Temperaturabsenkung an einem der Wärmeübertrager eingeleitet. Die Stellglieder 14 bzw. 22 sind gedrosseil, so daß sich an diesen eine Druckdifferenz einstellt. Werden nun die Stellglieder 19 bzw. 23 geöffnet, so wird, entsprechend der anliegenden Größe der Druckdiffe-

i"> renz, eine definierte Menge des kalten Temperierungsmediums aus dem gemeinsamen Behälter 15 entnommen und dem betreffenden Kreislauf beigemischt. Die Mischungstemperatur wird dadurch allmählich, jedoch önfrc ücmiCiic τ cTZugcFiing, äugcScnfCt, uiä ucT neue Sollwert erreicht ist und das betreffende Stellglied 19 bzw. 23 wieder geschlossen wird. Mit 28 ist ein weiteres einstellbares Stellglied und in Reihe mit dies^orn ein gleichfalls vom Temperaturregler 26 betätigtes Stellglied 29, ein Magnetventil, gestrichelt eingezeichnet.

2ϊ Damit ist eine weitere Möglichkeit angedeutet, wie das Regelverhalten weiter verfeinert werden kann. Auch der im Temperierungskreislauf liegende und somit indirek. v.'irkende Heizer 30 wird vom Temperaturregler 26 betätigt. Mit 31 ist ein thermostatischer Regler

>') und mit 32 sein Fühler bezeichnet. Beide wirken über Schaltelemente 33 auf den Kältei.iittelverdichter 8, der in Abhängigkeit von dem am thermostatischen Regler 31 vorgewählten Temperaturbereich für die Wärmeträgertemperatur im Behälter 15 im »Ein-Aus«-Betrieb

is geschaltet wird. Mit 34 ist ein Ausgleichsgefäß für den Wänneträgerraum bezeichnet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

1 Patentansprüche:

1. Anlage zum Temperieren und Entfeuchten eines Luftstromes zur Klimatisierung von Räumen mit nur einer einzigen Kältemaschine für indirekte Temperierung und Entfeuchtung, vorzugsweise für großvolumige begehbare Prüfkammern, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl für die Temperierung als auch für die Entfeuchtung je ein vom anderen weitgehend unabhängiger Kreislauf für ι ο einen einheitlichen Wärmeträger vorhanden ist und jeder Kreislauf einen im Luftstrom angeordneten Wärmeübertrager (4,6), eine Fördereinrichtung (13, 21) und ein einstell- bzw. regelbares Stellglied (14, 22), der Kreislauf für die Temperierung zusätzlich einen vor der Fördereinrichtung (21) eingebauten Heizer (30) besitzt und beide Kreisläufe durch je zwei Leitungen mit einem gemeinsamen Behälter (15) und zugehörigem Ausgleichsgefäß (34) für den Wärmeträger verbunden sind, und in jeweils einer Leitung ein vom Temperaturregler (26) bzw. Feuchteregler (17) über Schaltelemente (18, 27) betätigtes Stellglied (19,23) und ferner im gemeinsamen Behälter (15) der Verdampfer (12) der Kältemaschine eingebaut ist 2s

2. Anlage zum Temperieren und Entfeuchten eines Luftstromes nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß anstelle eines einzigen Stellgliedes (14,22) in einem Kreislauf des Wärmeträger parallel geschaltete einstellbare Stellglieder (22, 28) eingebaut sind, die gleiche bzw. unterschiedliche Querschnitte haben und von denen ein Stellglied (28) mit einem vom zugeordneten Regler (ϊβ) betätigten Stellglied (29), z. B. einem Magnetventil, in Reihe geschaltet ist bzw. anstelle dieser einfachen S.ellglieder (14,22,28) vom zugeordneten Regler gesteuerte motorbetätig te, kontinuierlich im Querschnitt veränderbare Mehrwegestellglieder vorgesehen sind.

3. Anlage zum Temperieren und Entfeuchten eines Luftstromes nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Stellglieder (23,29) und der Heizer (30) über Schaltelemente (27) mit dem Temperaturregler (26) verbunden sind, der vorzugsweise mit zwei Fühlern (24,25) bestückt ist, von denen sich einer im Luftstrom und der andere am Eintritt des Wärmeträgers in den Wärmeübertrager (6) befindet

4. Anlage zum Temperieren und Entfeuchten eines Luftstromes nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied (19) und ein Befeuchter (20) über Schaltelemente (18) mit dem to Feuchteregler (17) sowie dessen Fühler (16) verbunden sind.

5. Anlage zum Temperieren und Entfeuchten eines Luftstromes nach Anspruch 1, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kältemittelverdichter (8) eine thermostatische Schaltung (31, 33) besitzt und der zugehörige Fühler (32) vorzugsweise im Behälter (15) angeordnet ist

6. Anlage zum Temperieren und Entfeuchten eines Luftstromes nach Anspruch 1, 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Luftstrom zusätzlich ein Verdampfer (7) angeordnet ist.