Verfahren zur Kühlung eines Luftstromes

Technisches Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kühlung eines Luftstromes und weist die Merkmale des Oberbegriffs des Anspruchs 1 auf .

Stand der Technik

Entfeuchtungssysteme sind in der Haustechnik bekannt . Dabei kann eine Vorrichtung, wie in EP 1 521 040 offenbart, eingesetzt werden. Aus einem, in einem ersten Hohlraum hindurch fliessenden Luftstrom, wird durch eine wasser- und/oder wasserdampfpermeab- len Membran Feuchtigkeit entzogen. Vor dem Wärmeaustausch mit dem zu kühlendem Luftstrom und dem entfeuchteten Abluftstrom wird in dieser Abluft sodann eine Flüssigkeit hinzugegeben und verdunstet, um die Temperatur des Abluftstroms vor dem Wärmetauscher zu senken (Verdunstungskühlung) .

EP 0 959 307 offenbart einen Sorptions-Plattewärmetauscher, dessen verdünntes Sorptionsmittel mittels einem aufwändigen Verfahren aufgefangen, aufbereitet (Desorption durch Erwärmen und an- schliessende Kühlung) und dann dem Plattenwärmetauscher wieder zugeleitet wird.

WO 03/091632 offenbart einen Taupunktkühler, bei dem zwei Luftströme an einer wärmeleitenden Wand vorbeigeführt werden. Dabei wird durch eine einseitige hygroskopische Beschichtung der Wand Wasser aus dem einen Luftstrom absorbiert und durch Verdampfen wieder dem Medium zugeführt. Dies führt zu einer Kühlung des anderen Luftstroms hinter der Wand.

US 6,434,963 beschreibt eine Kühl- und Heiz-Vorrichtung mit einem zentralen Wärmetauscher. An den Ausgängen des Wärmetauschers

ist ein geschlossener Kühlkreislauf vorgesehen, der die Zuluft weiter kühlt, wobei die Abluft dadurch weiter aufgeheizt wird. Bei der Vorrichtung nach dem Stand der Technik wird in die verbrauchte Raumluft Wasser gegeben, um sie vor dem Wärmetauscher abzukühlen. Nach dem Wärmetauscher wird in die Abluft weiter Wasser gegeben, vorteilhafterweise durch ein Verdampfungspad, bevor die Abluft durch den heizenden Teil des Kühlkreislaufes tritt. Auf Zuluftseite wird an dem kühlenden Teil des Kühlkreislaufes kondensierendes Wasser gesammelt und für das Verdampfungspad zurückgeführt. Eine externe Wasserzuführung besteht ebenfalls .

US 2005/056042 beschreibt eine ähnliche Vorrichtung wie US 6,434,963, bei der Wasser in die Abluft oberhalb des Wärmetauschers gespritzt wird, so dass die Wände des Wärmetauschers benetzt sind. Durch ein Auffangen des Wassers unterhalb des Wärmetauschers ist, mit Ausnahme des in der Abluft verbliebenen Wasserdampfes, ein teilweiser Wasserkreislauf möglich.

Darstellung der Erfindung

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art derart zu verbessern, dass diese einen ganz oder teilweise autarken Betrieb der Vorrichtung ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs und des Anspruchs 4 gelöst.

Demgemäss weist ein Verfahren zur Kühlung eines ersten Luftstromes die Verfahrensschritte des Entfeuchtens eines zweiten Luftstromes, des Einspritzens von Wasser in den entfeuchteten Luftstrom zur Kühlung des zweiten Luftstromes und des Durchführens des ersten und des gekühlten zweiten Luftstromes durch einen

Wärmetauscher zur Kühlung des ersten Luftstromes auf. Beim Entfeuchten des zweiten Luftstromes wird Kondensat gewonnen, welches beim Einspritzen wieder verwendet wird.

Das Einspritzen umfasst aufgrund der physikalischen Gegebenheiten ein Verdunsten des eingespritzten Wassers.

Um die Autarkie zu erhöhen, insbesondere bei mobilen Anlagen, besteht eine zusätzliche Möglichkeit darin, dass weiteres Kondensat zum Einspritzen durch ein Entfeuchten von freier UmgebungsIuft gewonnen wird.

Eine erfindungsgemässe Vorrichtung zur Kühlung eines ersten LuftStromes umfasst eine Luft-Entfeuchtevorrichtung für mindestens einen zweiten Luftstrom mit einer wasser- und/oder wasserdampfpermeablen Struktur, die über Pumpenmittel mit einem Kondensatabscheider verbunden ist, ein Kühlsystem, durch das der entfeuchtete zweite Luftstrom durchführbar ist, und einen Wärmetauscher, durch den die beiden Luftströme zur Abkühlung des ersten Luftstromes hindurchführbar sind. Das aus dem Kondensatabscheider gewonnene Wasser wird zum Einspritzen (Verdunsten) in das Kühlsystem geführt.

Bei einer weiteren Luft-Entfeuchtevorrichtung der erfindungsge- mässen Vorrichtung kann weiteres Kondensat aus dem gekühlten ersten Luftstrom gewonnen werden.

Mit einer zusätzlichen Luft-Entfeuchtevorrichtung kann weiteres Kondensat aus der Umgebungsluft gewonnen werden.

Die zusätzliche Vorrichtung kann auf einem Fahrzeug angeordnet werden. Der Luftström wird dabei entlang der zusätzlichen Luft- Entfeuchtevorrichtung durch ein Bewegen des Fahrzeuges erzeugt.

Das Fahrzeiαg ist vorzugsweise ein Kraftfahrzeug oder ein Anhänger eines Kraftfahrzeuges, besonders bevorzugt ein Wohnmobil, ein Wohnwagen, ein Lastkraftfahrzeug, ein Anhänger, ein Schiff oder ein Flugzeug ist.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.

Beschreibung eines Ausführungsbeispiels

Die Fig. 1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Vorrichtung gemäss der vorliegenden Erfindung. Die Funktion der er- findungsgemässen Vorrichtung wird anhand dieser schematischen Darstellung erläutert. Die Vorrichtung zum Kühlen von Raumluft verfügt über eine Vielzahl von einzelnen Gerätschaften, die dem Fachmann bekannt sind, so dass auf diese hier nicht im Detail eingegangen wird.

In einem als ersten Luftstrom bezeichneten Luftstrom, wird Aus- senluft 50 durch diverse Elemente als Zuluft 51 in einen Raum 60 geführt. Die Aussenluft 50, welche im Sommer häufig eine Wünschenswerterweise abzusenkende Aussentemperatur aufweist, wird typischerweise durch einen Grobpartikelfilter 38 und/oder einen Elektrofilter 39 in einen Wärmetauscher 40 geführt, der Wärmetauscher kann zum Beispiel als Plattenwärmetauscher nach WO 2004/085946 ausgeführt sein. Im Wärmetauscher 40 erfährt die Aussenluft 50 eine Abkühlung durch den vorteilhafterweise im Gegenstrom geführten gekühlten Luftstrom 55'' und tritt als gekühlter Luftstrom 50' wieder aus. Weiter wird der gekühlte Luft-

ström 50' vorteilhafterweise in eine erste Luft- Entfeuchtevorrichtung 1 geführt. In dieser ersten Luft- Entfeuchtevorrichtung 1 wird dem gekühlten Luftstrom 50' , der nun gegenüber der wärmeren Aussenluft 50 eine höhere relative Luftfeuchtigkeit aufweist, Feuchtigkeit entzogen und der gekühlte Luftstrom 50' tritt als gekühlter und entfeuchteter Luftstrom 50'' wieder aus der Luft-Entfeuchtevorrichtung 1 aus. Durch einen Ventilator 41 wird der gekühlte und entfeuchtete Luftstrom 50'' als Zuluft 51 einem vorteilhafterweise geschlossenen Raum 60 zugeführt, in welchem die gewünschten klimatischen Bedingungen hergestellt werden. Demnach weist die Zuluft 51 eine tiefere Temperatur auf, als die Aussenluft 50.

In einem als zweiten Luftstrom bezeichneten Luftstrom, wird Abluft 55 aus einem Raum 60 durch diverse nachstehend zu beschreibende Elemente als Fortluft 56 der Umgebung abgegeben. Die Abluft 55, welche eine Innen-Raumtemperatur aufweist, wird aus dem geschlossenen Raum 60 typischerweise durch einen Grobpartikelfilter 38 und/oder einen Elektrofilter 39 geführt. Die Abluft 55 tritt in eine zweite Luft-Entfeuchtevorrichtung 2 ein und ver- lässt diese als entfeuchteter Luftstrom 55' . Mittels einem Ventilator 41 wird der entfeuchtete Luftstrom 55' einem Kühlsystem 20 zugeführt. Im Kühlsystem wird der entfeuchtete Luftstrom 55' gekühlt. Damit tritt ein gekühlter Luftstrom 55'' aus dem Kühlsystem wieder aus. Im Wärmetauscher 40 findet ein Wärmetausch zwischen dem gekühlten Luftstrom 55'' und der warmen Aussenluft 50 statt. Nach erfolgtem Wärmetausch verlässt der jetzt wärmere, vormals gekühlte Luftstrom 55'' den Wärmetauscher als Abluft 56, die dann an die Umgebung abgegeben wird.

Die zwei Luft-Entfeuchtevorrichtungen 1, 2 können gemäss der EP 1 521 040 oder einer vergleichbaren Vorrichtung ausgeführt sein. Die Luft-Entfeuchtevorrichtungen 1, 2 umfassen beispielsweise

einen jeweils ersten Hohlraum 4, welcher mittels einer wasser- und/oder wasserdampfpermeablen Membran 3 von einem zweiten Hohlraum 5 abgetrennt wird. Die vorhin beschriebenen Luftströme durchströmen jeweils einen getrennten ersten Hohlraum 4.

In anderen Ausführungsbeispielen können zwei getrennte Luft- Entfeuchtevorrichtungen 1, 2 vorgesehen sein oder es ist nur die Entfeuchtevorrichtung 2 für den zweiten Luftstrom 55 vorgesehen. Wie weiter unten angegeben wird, kann auch eine weitere, in den Zeichnungen nicht dargestellte Luft-Entfeuchtevorrichtung vorgesehen sein, die mit der Umgebungsluft arbeitet, also diese entfeuchtet. Dabei ist das Ziel aber nicht die entfeuchtete Umgebungsluft, sondern die Kondensatgewinnung . Dies kann mit einem getrennten Kondenswasserabscheider oder mit dem im Zusammenhang mit den Entfeuchtevorrichtungen 1, 2 erläuterten Kondenswasserabscheider 11 durchgeführt werden.

Durch einen Unterdruck, z.B. durch eine Vakuumpumpe 10 erzeugt, wird in einer Sammelleitung 6 und im zweiten Hohlraum 5 der Luft-Entfeuchtevorrichtung 1, 2 ein Unterdruck erzeugt. über diese Sammelleitung 6, welche an den zweiten Hohlraum 5 der Luft-Entfeuchtevorrichtungen 1, 2 angeschlossen ist, wird diese feuchtere Luft abgeführt. Durch den Unterdruck wird ein Gemisch 100 aus Luft und Wasserdampf in den Kondenswasserabscheider 11 gesogen. Mittels dem Kondenswasserabscheider 11 wird das Gemisch 100 in Luft 101 und in Wasser 102 getrennt. Die Luft 101 wird an die Umgebung abgegeben und das Wasser 102 wird über eine Leitung 12 einer Druckerhδhungspumpe 13 zugeführt. über einen weiteren Leitungsabschnitt 14 wird das unter Druck stehende Wasser 103 dem Kühlsystem 20 zugeleitet.

Im Kühlsystem 20, wie zum Beispiel gemäss WO 2004/085946 ausgeführt, wird das unter Druck stehende Wasser 103 mittels einer

oder mehrer Düse (n) zerstäubt und reichert den entfeuchteten Luftstrom 55' mit Feuchtigkeit an. Dabei steigt die relative Feuchte der Abluft, und durch die aufzunehmende Verdampfungswärme sinkt die Temperatur des entfeuchteten Luftstromes 55' und es resultiert der gekühlte Luftstrom 55''. überschüssiges Wasser wird an die Umwelt abgegeben. Es kann auch gesammelt werden und zur Rückführung in das Kühlsystem 20 vorgesehen sein.

Durch die Gewinnung von Kondenswasser 102 durch Entfeuchten eines Luftstromes 50' und/oder 55' und die anschliessende Rückführung in das Kühlsystem 20 wird ein ganz oder teilweise autarker Betrieb der Vorrichtung gemäss der vorliegenden Erfindung ermöglicht.

Durch Anordnen einer zusätzlichen (in den Zeichnungen nicht dargestellten) Luft-Entfeuchtevorrichtung kann weiteres Kondensat gewonnen werden. Die Vorrichtung ist dabei ohne den Hohlraum 4 ausgestaltet, die Membrane 3 grenzt also direkt an einen Luftstrom. Diese Vorrichtung ist besonders vorteilhaft, wenn die Vorrichtung auf einem Kraftfahrzeug oder einem Anhänger eines Kraftfahrzeugs angeordnet ist, wie zum Beispiel einem Wohnmobil, einem Wohnwagen, einem Lastkraftfahrzeug, einem Anhänger oder einem Flugzeug. Der Luftström ist in diesem Falle ein vorbei- streichender Luftstrom, welcher durch den Fahrtwind des Fahrzeuges erzeugt wird und somit wird weiteres Kondensat zum Einspritzen von der freien Umgebungsluft gewonnen.

Alle genannten Luftströme, ohne den vorbeistreichenden Luftstrom, werden in Leitungen oder Kanälen geführt, welche dem Fachmann bekannt sind.

Die Anlage kann im Winter auch der Erwärmung und der Befeuchtung des Luftstromes 50, 50', 50'' dienen. Der Luftstrom 55', 55''

wird dann im Kühlsystem 20 nicht abgekühlt. Im Wärmetauscher 40 kann demnach der Luftstrom 50 mittels wärmerer Abluft 55'' aufgewärmt werden. Zudem wird der Abluft 55 in der zweiten Luft- Entfeuchtevorrichtung 2 Feuchtigkeit entzogen und über die Sam ^¬ melleitung 6 in die erste Luft-Entfeuchtevorrichtung 1 gegeben. über die erste Luft-Entfeuchtevorrichtung 1 wird der Luftstrom 50' mit Feuchtigkeit angereichert. Die Vorrichtung kann mit einer Wohnwagen- oder einer Kraftfahrzeug-Heizungsanlage kombiniert werden.

Die Vorrichtung nach Fig. 1 kann in einfacher Weise kaskadiert werden. Die einfachste Kaskade besteht darin, dass an die Kanäle, die die Luftströme 50 und 56 führen, eine weitere Vorrichtung mit einschliesslich den Filtern 38, 39 sowie dem Wärmetauscher 40 entsprechend der Darstellung auf der linken Seite der Fig. l und bis einschliesslich Ventilator 41 und den Filtern 38, 39 entsprechend der Darstellung auf der rechten Seite der Fig. 1 so angeordnet wird, dass der Kanal der Zuluft 51 an den genannten Kanal 50 angeschlossen wird und der Kanal der Abluft 55 an die Fortluft der vorherigen Vorrichtung angeschlossen wird. Somit kann in mehreren Schritten die Temperatur insgesamt in grosserem Aussmass gesenkt werden. Jeder der Vorrichtungen kann dann bis auf die Stromzuleitungen autark sein, vorteilhafterweise werden die Kanäle 101 für die Abführung der Luft zusammenge- fasst. Der Vorteil dieser Kaskadierung liegt in ihrer Einfachheit, da baugleiche Vorrichtungen verwendet werden können. Wenn eine Einheit ausfallen sollte, so ist das Funktionieren der gesamten Vorrichtung an sich nicht betroffen, da beispielsweise die Ventilatoren 41 der anderen Vorrichtungen weiterhin die Luftbewegung aufrecht erhalten und bei Ausfall eines Wasserkreislaufs die Kühlung der anderen Kaskadenelemente weiter arbeitet .

Bei einer einfacheren Kaskadierung wird nur die Luft- Entfeuchtevorrichtung 2 zusammen mit der Einspritzung 20 und dem Wärmetauscher 40 kaskadiert. Ventilatoren 41, Filter 38, 39 und Wasserabscheider 11 können auch nur ein einziges Mal für die ge ^¬ samte Vorrichtung vorgesehen sein. Die Abluft 55 geht dann jeweils aufeinanderfolgend durch die Baugruppen 2, 20 und 40, wäh ^¬ rend die Aussenluft 50 nur jeweils durch den zweiten Kanal des Wärmetauschers 40 geleitet wird, optional noch durch die Luft- Entfeuchtevorrichtung 1.

Bezugzeichenliste

1 Luft-Entfeuchtevorrichtung

2 Luft-Entfeuchtevorrichtung

3 Wasser- und/oder wasserdampfpermeable Membran

4 Erster Hohlraum

5 Zweiter Hohlraum

6 Sammelleitung

10 Vakuumpumpe

11 Kondenswasserabscheider

12 Leitung

13 Druckerhöhungspumpe

14 Leitung

20 Kühlsystem

38 Grobpartikelfilter

39 Elektrofilter

40 Wärmetauscher

41 Ventilator

50 Aussenluft

50' gekühlter Luftstrom

50'' entfeuchteter und gekühlter Luftstrom

51 Zuluft 55 Abluft

' entfeuchteter Luftstrom ' ' gekühlter Luftstrom Fortluft Raum 0 Gemisch aus Luft und Kondenswasser 1 Luft 2 Wasser 3 unter Druck stehendes Wasser