DE2257975A1 - Klimageraet - Google Patents

Description

P. 4641

Gebrüder Sulzer, Aktiengesellschaft, Winterthur/Schweiz

Klimagerät .

Die Erfindung betrifft ein Klimagerät zur Aufbereitung von Luft, in dem die Luft gereinigt und temperiert, sowie be- oder entfeuchtet wird. Ein erfindungsgemäss ausgebildetes Klimagerät kann dabei beispielsweise als Luftaufbereituhgszentrale für die Primärluft von Induktions-Klimaanlagen oder als zentrales Gerät bei Ein- oder Zweikanal-Lüftungsanlagen dienen.

Für die in Räume einzublasende, aufbereitete Zuluft sind bisher Geräte verwendet worden, in denen nach einem Vorwärmer in Strömungsrichtung ein Kühler, ein Befeuchter mit Tropfenabscheider und ein Nachwärmer folgen. Diese Elemente eines solchen Gerätes besitzen relativ hohe, luftseitige Druckverluste, besonders wegen der im allgemeinen aus Rippen- und Lamellenrohren aufgebauten Wärmeübertrager und/oder wegen des Tropfenabscheiders. Derartige Klinageräte sind daher nur bei relativ niedrigen Luftgeschwindigkeiten - beispielsweise bis zu 3m/sec. - mit Vorteil anwendbar. Darüberhinaus ist es praktisch unmöglich, den Wirkungsgrad von Sprühdüsenluftwasehern genau vorauszuberechnen; da nur ein Bruchteil des in den Waschern umgewälzten Wassers verdunstet, arbeiten diese Luftwascher mit hohen Betriebskosten. In der Wartung sind sie wegen des Verstopfens der Düsen kostspielig, in der Regel unwirtschaftlich. Darüberhinaus sind Rohrkühler und Luftwascher die wesentlichen Brutstätten von Mikroorganismen in Klimaanlagen.

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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Klimagerät zu schaffen, bei dem die luftseitigen Druckverluste entscheidend reduziert sind, se dass auch grössere Luftgeschwindigkeiten zulässig sind, wodurch die Grosse der Klimageräte bei gleichbleibender Leistung entscheidende reduziert werden kann. Darüberhinaus sollen die geschilderten Nachteile bisheriger Geräte möglichst beseitigt werden.

Erfindungsgemäss erfolgt die Lösung dieser Aufgabe dadurch, dass als Befeuchter und Nachwärmer bzw. Entfeuchter und Kühler ein Rieselfilmwärmeaustauscher vorgesehen ist, bei dem die wirksamen Rieselflächen und die Temperatur des Rieselfilmes in Abhängigkeit des Zustandes der Luft an mindestens einer Stelle ihres Strömungsweges geregelt werden.

Die für die Regelung herangezogenen Zustandsgrössen der Luft sind in erster Linie ihre Temperatur und ihre Feuchtigkeit, die entweder an einem oder auch an zwei voneinander getrennten Orten des Lüftungssystems gemessen werden können.

Am geeignesten für die erfindungsgemässe Verwendung ist ein Rieselfilmwärmeaustauscher mit tropfenfreier Wasserbeschickung, der nach dem Kreuzstromprinzip, wie es z.B. für Kühltürme bekannt ist,- arbeitet. In derartigen Geräten werden bekanntlich eindeutig bestimmte Oberflächen von einem Flüssigkeitsfilm durchgehend benetzt, so dass

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die für den dabei auftretenden Wärme- und Stoffübergang vorhandene Uebertragungsfläche, d. h. die Oberfläche des Bieselfilmes, eindeutig, bekannt ist. Die beim Entlangströmeη der Luft stattfindenden Wärme- und Stoffübergänge, d. h. die Erwärmung oder Kühlung und die Be- oder Entfeuchtung der.Luft, lassen sich daher mit genügender Genauigkeit abschätzen, bzw. vorausberechnen. Die Regelung der 'Flüssigkeitstemperatur und/oder die Aenderungen der'wirksamen Rieselflächen gewährleisten, dass die aus dem Wärmeaustauscher austretende Luft jeden in der Klimatechnik gewünschten Zustand aufweisen kann. Daher sind die bisher in Klimageräten verwendeten. Oberflächenkühler und Nacherwärmer■entbehrlich. Selbstverständlich ist es jedoch möglich, - beispielsweise bei einer in Strömungsrichtung der Luft nach.dem Klimagerät erfolgenden Aufteilung der Luft in mehrere, verschiedenen Zonen zugeordnete Einzelströme - in den Strömungswegen für die verschiedenen Zonen Nachwärmer vorzusehen, um den einzelnen Zonen Luft unterschiedlichen Zustandes zuführen zu können. ' .

Im allgemeinen ist es möglich, den Rieselfilmwärmeaustauscher ohne nachgeschalteten Tropfenabscheider zu verwenden. Selbstverständlich ist es jedoch ohne weiteres möglich,, einen solchen vorzusehen, wenn in Folge sehr hoher Luftgeschwindigkeiten_xunter Umständen doch die Gefahr des Mitreissens von Tropfen aus dem Rieselfilm besteht.

Da aus den Rieselfilmen von der vorbeistreichenden Luft bis. zu einer bestimmten Luftgeschwindigkeit keine Tropfen mitgerissen werden, können auch durch Verdunstung des Wassers freiwerdende Salze oder Keime nicht in den Luftstrom gelangen, so dass die bekannten Gefahren der Verschleppung von Infektionskeimen durch Klimaanlagen vermindert wird. 409823/0091

Der Einbau des Rieselfilmwärmeaustauschers in das Gerät kann vor oder nach dem Ventilator erfolgen. Erfolgt der Einbau nach dem Ventilator, so kann die von diesem erzeugte Wärme bei adiabatischer Kühlung oder Befeuchtung noch durch den Rieselwärraeaustauscher aufgebraucht werden.

Eine einfache Möglichkeit für Anpassungen der wirksamen Rieselflächen an den jeweiligen Bedarf ergibt sich, wenn der Rieselfilmwärmeaustauscher zur Aenderung der wirksamen Rieselfiächen flüssigkeitsseitig in mehrere Abschnitte unterteilt ist, die mit getrennten, unabhängig voneinander absperrbaren Speiseleitungen versehen sind. Die voneinander unabhängigen Abschnitte der Rieselflächen können dabei parallel zur Strömungsrichtung nebeneinander und/oder senkrecht dazu hintereinander angeordnet sein. Um eine Auswaschung von gasförmigen oder flüssigen Schadstoffen aus der Luft zu erreichen. kann zusätzlich die Massnahme getroffen sein, dass der Rieselfilmwärmeaustauscher flüssigkeitsseitig mit einer wässrigen chemischen Lösung beschickt ist. Als Beispiel sei genannt die Auswaschung von kohlendioxid durch verdünnte Kalilauge..

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt schematisch das neuartige Klimagerät und ein Beispiel für die zugehörige Regelung der wirksamen Rieselflächen und der Rieselfilmtemperaturj

Fig. 2 gibt einen senkrecht zur Luftströmung verlaufenden Schnitt II - II von Fig. 3 durch den Rieselfilmwärmeau:tauscher wieder, während Fig. 3 eine Seitenansicht des Rieselfilmv ' ;aeaustauschers ist.

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Das Klimagerät, das z.B. als Primärluftaufbereitungszentrale einer Iriduktions-Klimaanlage dient, wird von Luft in Richtung der Pfeile von links nach rechts durchströmt. Die in das Gerät eintretende Luft kann dabei in bekannter Weise Frischluft, Um- · luft oder ein Gemisch aus beiden sein, was nicht ausdrücklich dargestellt ist. Die Luft wird durch den Kanal 1 von dem Ventilator 2 angesaugt und durchsetzt im Gerät zunächst die Filter 3 und den Vorwärmer 4, ehe sie über ein Uebergangsstück 5 in den Rieselfilmwärmeaustauscher 6 eintritt, der im gezeigten Beispiel zur Aenderung der wirksamen Rieselflächen in vier, wasserseitig voneinander unabhängige Abschnitte 54 (Fig. 2) unterteilt ist. Obwohl die Abschnitte in Fig.' 1 in Strömungsrichtung hintereinander gezeichnet sind, können sie im Gerät auch parallel zueinander angeordnet sein (siehe Fig. 2). Bei dem gezeigten Beispiel ist der Ventilator 2 in Strömungsrichtung dem Riese!filmapparat 6 nachgeschaltet, so dass sich auf seiner Druckseite unmittelbar der zu den,zu klimatisierenden Räumen führende Zufuhr- und Verteilkanal 11 für die aufbereitete Luft anschliesst. \

Unterhalb des Rieselfilmapparates 6 ist ein Tank oder. Sammelbecken für das von den Rieselflächen abfliessende Wasser angedeutet, das durch eine Leitung 8 mit Hilfe einer Pumpe 9 einem Umformer 12 zur erneuten Aufheizung oder Abkühlung zugeführt wird. Gespeist wird der Rieselfilmwärmeaustauscher 6 mit Wasser aus dem Umformer 12' über eine Leitung 13, die sich in zu den einzelnen Abschnitten ■ führende . Leitungen 14 - 17 verzweigt. In jeder der Leitungen 14 17 ist ein Absperrorgan 18 beispielsweise einbe| Auf/Zu-Magnet- · ventil vorgesehen, so dass die Abschnitte unabhängig voneinander mit Wasser beschickt werden können. . - "

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Zwischen den Leitungen 8 und 13 besteht eine durch ein Dreiwegregelventil 19 beeinflussbare Strömungsverbindung 20, durch die unabhängig von der im Rieselfilmwärmeaustauscher 6 gerade benötigten Wassermenge eine konstante Fördermenge für die Pumpe 9 gewährleistet wird.

Der Umformer 12 kann primärseitig wahlweise aus einer Heizzentrale 23 über Leitungen 21 und 22 mit einem Heizmittel oder aus einer Kältezentrale 24 über Leitungen 25, 26 mit einem Kühlmittel versorgt werden, wobei die Leitungen 25, 26 vor dem Umformer 12 in die Leitungen 21, 22 einmünden. Die Umschaltung vom Heizen zum Kühlen und umgekehrt erfolgt über Auf/Zu-Magnetventile 27 und 27a und 28 und 28a, die in den Leitungen 22 ixnd 21 sowie 26 und 25 angeordnet sind; durch die Ventile 27 und 28 wird dabei das nicht benötigte Heiz- oder Kühlmittel durch eine Kurzschlussverbindung 29 bzw. 30 zwischen den Leitungen 21 und 22 bzw. 25 und 26 wieder direkt in die zugehörige Zentrale 23 bzw. 24 zurückgeführt, während die Organe 27a und 28a einen unbeabsichtigten Uebertritt von Kühlmittel in den Heizkreislauf bzw, von Heizmittel in den Kühlkreislauf verhindern. Bei einem Befehl (Signaiu^ der einen Zufluss von Heizmittel zum Umformer 12 fordert, werden dabei der Durchfluss durch das Ventil 27 von der Leitung 29 auf die Leitung 22 umgeschaltet und das Ventil 27a geöffnet, während das Ventil 28 die Leitung 26 sperrt und die Leitung 30 freigibt; gleichzeitig schliesst bei einem Heizbefehl das Ventil 28a. Wird Kühlmittel im Umformer 12 gefordert, so werden die gerade für einen Heizbefehl beschriebenen Positionen der Ventile 27 und 28 sowie 27a und 28a jeweils untereinander vertauscht.

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Ein Dreiwegregelventil 31 im nach der Einmündung der Leitungen 25 und 26 gelegenen Endteil der Leitungen 21 und 22 regelt mit Hilfe der Verbindung 32 den Zufluss des Heiz- bzw. Kühlmittels zum Umformer 12 und steuert so die Wassertemperatur in der zu-dem Rieselfilmwärmeaustauscher 6 führenden Leitung 13.

Aus den Leitungen 21, 22 zweigen vor'der Einmündung der Kühlmittel führenden Leitungen 25 und 26 Leitungen 33 und 34 ab, die über ein Regelventil 35 und die Verbindung 36 miteinander verbunden sind und der'Heizmittelzuführung zum Vorwärmer 4 sowie der Regelung der Lufttemperatur nach dem Vorwärmer (Fühler 47), mit Hilfe einer Rücklaufbeimischung dienen.

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Für die Regulierung des Systems über die Temperatur des Rieselfilmes und/oder die stufenweise Aenderung der wirksamen RieselfRächen dienen als Haupteinflussgrössen die Messwerte eines Temperaturfühlers 40 und eines Feuchtefühlers 41. Diese Fühler 40 und 41 messen beispielsweise direkt die Istwerte für die Temperatur und die Feuchte der aufbereiteten Luft} sie können aber auch den Istwert einer anderen für den Klimazustand der angeschlossenen Räume wesentlichen Grosse - z.B. die Temperatur und die Feuchte des Raumes oder der Abluft - wiedergeben. Ihre Signale a und b gelangen zu parallel zueinander liegenden Regelgeräten 42 und 43, von denen das Gerät 42 mit seinen ersten Ausgangssignalen c die Absperrorgäne 18 steuert und damit die wirksame Rieselfläche verändert, wobei ein zusätzliches Ausgangssignal d das Regelventil 19 beeinflusst, um die von der Kreislaufpumpe geförderte Wassermenge auch bei Aenderungen ..der gerade benötigten Rieselfläche konstant zu halten.

Im Gerät 43, dem als zusätzliche Eingangssignale β die vom Temperaturfühler 44 ermittelten Istwerte für die Temperatur der vom Klimagerät angesaugten Luft aufgeschaltet sind, wird aus den drei Eingangssignalen a, b und e ein Führungs- oder Sollwertsignal f für den eigentlichen Temperaturregler 45 gebildet. Die Messwerte eines Temperaturfühlers 46 4n der Vorlaufleitung 13 für das Rieselfilmwasser dienen im Regler 45 als Istwertsignale g für die Temperatur des Rieselfilmwassers. Bei Abweichungen dieses Istwertes g vom Sollwert f verstellt ein vom Regler 45 ausgehendes Stellsignal h das Regelventil 31. Ein zweites. Ausgangssignal k des Reglers 45 gelangt auf die parallel zueinander liegenden Magnetventile 27 (OTd 28_; und steuert die wahlweise Zuführung von Heiz- oder Kühlmittel zum Umformer 12.

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Unabhängig von der beschriebenen Regelung für den Rieselfilmwärmeaustauscher. 6 wird die Menge des dem Vorwärmer 4 zufliessenden Wassers vom Ausgangssignal η eines Reglers 48 über das Ventil 35 in Abhängigkeit vom Messwertsignal m eines Temperaturfühlers 47 beeinflusst, der im Luftkanal vor dem Rieselfilmapparat 6 angeordnet ist und die Temperatur der aus dem Vorwärmer 4 kommenden Luft beispielsweise auf einem konstanten oder einem von der Temperatür der Ansaugluft (Signal e) abhängigen Wert hält; daher dient das Ausgangssignal e des Fühlers 44 als Führuiigsgrösse für den Sollwert der Lufttemperatur im Kanalstück 5. .

Wie Fig. 2 zeigt, besteht der Rieselfilmwärmeäustauscher 6 beispielsweise in an sich bekannter Weise aus senkrechten, parallel zum Luftstrom (d.h. senkrecht zur Zeichenebene der Fig. 2) verlaufenden Rieselwänden 50, die über Distanzleisten 51 .-in untereinander und von den Seitenwänden 58 gleichen Abständen gehalten sind. Die Wände 50, die aus einem makroporösen und/oder hygroskopischen Material, z.B. Glasfasergewebe, bestehen oder-aus mit derartigem Material beschichteten Blechen hergestellt sind, besitzen eine Dicke von etwa 2 min und einen gegenseitigen· Abstand < 15. mm. Ihre Rauhigkeit beträgt etwa 1 mm. Sie reichen oben in einen Verteilkasten 52 (Fig. 3) für das Wasser, der durch Zwischenwände 53 in die erwähnten Abschnitte 54 unterteilt ist. lieber die Leitungen l¥ - 17 und die darin befindlichen Auf/Zu-Ventile 18 können die einzelnen Abschnitte 54 des Wasserkastens 52 getrennt und unabhängig voneinander mit Wasser.•beaufschlagt werden. Falls erforderlich kann zusätzlich für jeden Abschnitt 54 ein gesonderter nicht gezeigter Ueberlauf vorhanden. sein, um das Wasserniveau in den einzelnen Abschnitten 54 konstant zu halten. -. . .

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Werden einzelne parallele Abschnitte 54 von der Wasserversorgung durch Schliessen der Absperrorgane 18 getrennt, so wirken die von ihnen versorgten Rieselwände 50 nach Abfliessen des noch vorhandenen Wassers als trockene Umgehungen zu dem Luftbefeuchter, ohne dass dafür besondere Kanäle vorgesehen werden müssen und ohne dass sich der Betriebspunkt des Ventilators 2 dadurch verschiebt. Es ist daher vorteilhaft, die Zu- und Abschaltung von Abschnitten 54 alternierend vorzunehmen, um einen möglichst gleichmässigen Luftzustand über den ganzen Kanalquerschnitt zu erreichen. Selbstverständlich können bei der Unterteilung des Rieselfilmwärmeaustauschers 6 mehr oder auch weniger Abschnitte 54 vorgesehen sein. Ihre Anzahl ist durch die geforderte Feinheit der Regulierung und den dafür investierten Aufwand bestimmt.

Für die Berieselung der Wände 50 besitzt der Boden 55 (Fig. 3) des Wasserkastens 52 z.B. für jede Wand 50 mehrere, parallel zu ihr verlaufende, in Längsrichtung hintereinander angeordnete, nicht gezeigte Schlitze, durch die das Wasser aus den Abschnitten 54 tropfenfrei und praktisch drucklos auf die als Rieselflächen dienenden Wände 50 fliessen kann.

An der Unterseite tauchen die in stegartigen Halteblechen 56 gelagerten Wände 50 in den Wassertank oder das Becken 7, in dem der Wasserspiegel durch einen Ueberlauf 57 konstant gehalten wird. Der Tank 7 bzw. der Ueberlauf 57 1st mit der Leitung 8'(Fig. 1) verbunden.

Die aufzubereitende Luft durchsetzt den Rieselfilmwärmeaustauscher 6 im Bereich zwischen dem ^Boden 55 des Wasserkastens 52 und dem Was-

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serspiegel 59 im Tank 7 wobei die seitlichen Begrenzungen des Luftstromes durch die Wände 58 gebildet werden, die gleichzeitig die Seitenwände des Klimagerätes sind. ...

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Claims (3)

Patentansprüche

1.!Klimagerät zur Aufbereitung von Luft, in dem die Luft gereinigt und temperiert, sowie be- oder entfeuchtet wird, dadurch gekennzeichnet, dass als Befeuchter und Nachwärmer, bzw. Entfeuchter und Kühler ein Rieselfilmwärmeaustauscher (6) vorgesehen ist, bei dem die wirksame Rieselflache'und die Temperatur des Rieselfilmes in Abhängigkeit des Zustandes der Luft an mindestens einer Stelle ihres Strömungsweges geregelt werden. .

2. Klimagerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rieselfilmwärmeaustauscher (6) zur Aenderung der wirksamen Rieselfläche flüssigkeitsseitig in mehrere Abschnitte (54) unterteilt ist, die mit getrennten, unabhängig voneinander absperrbaren Speiseleitungen (14 bis 17) versehen sind.

3. Klimagerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rieselfilmwärmeaustauscher (6) flüssigkeitsseitig mit einer wässrigen, chemischen Lösung beschickt ist.

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Lee rs β i t e