Klimakammer mit diffusionsoffener Wärmedämmung zur Trocknung oder Klimatisierung von Gütern

Die Anmeldung betrifft eine Klimakammer. Klimakammern sind im Stand der Technik für vielfältige Anwendungen bekannt. Wesentlich ist, dass in einem abgegrenzten Raum ein gewünschtes Klima, vor allem eine gewünschte Temperatur, vielfach auch eine gewünschte Feuchtigkeit - im Regelfall geht es um die relative Luftfeuchtigkeit - eingestellt werden kann. Eine Klimakammer erlaubt also, dass in der Klimakammer befindliche Objekte mit gewählten klimatischen Bedingungen beaufschlagt werden.

Im Regelfall sind hierzu elektrische Geräte zur Fleizung und/oder Kühlung vorhanden.

Mit Sensoren wird die Temperatur, gegebenenfalls auch die Feuchtigkeit oder andere Parameter erfasst. Abhängig davon wird je nach Bedarf die Klimakammer beheizt oder gekühlt sowie Feuchtigkeit zugeführt oder abgeführt. Bei derartigen Klimakammern handelt es sich um eine bewährte Technologie mit einer Vielzahl von

Ausführungsformen.

Nachteilig daran sind ein gewisser apparativer Aufwand und ein gewisser

Energieaufwand. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es eine Verbesserung herbeizuführen.

Zur Lösung der Aufgabe wird eine Klimakammer zur Einstellung eines gewünschten Klimas in einem abgegrenztem Raum, umgeben von einer Hülle, mit folgenden

Merkmalen vorgeschlagen:

Die Hülle weist zumindest in Teilbereichen eine diffusionsoffene Wärmedämmung auf. Diffusionsoffene Wärmedämmungen sind im Stand der Technik bekannt. Durch die Wahl des Diffusionswiderstands der Hülle und der Temperatur in der

Klimakammer, kann die sich in der Klimakammer einstellende Feuchtigkeit beeinflusst werden.

Manchmal kommt es nicht darauf an, dass die Temperatur exakt eingehalten wird. Daher wird lediglich gefordert, dass die Temperatur in einem gewünschten Bereich gehalten wird. Die Klimakammer enthält dazu eine klassische Temperaturregelung. Dies soll nicht ausschließen, dass hierzu innovative Konzepte und Maßnahmen vorgeschlagen werden.

Häufig ist neben dem Erreichen einer gewünschten Feuchtigkeit in der Klimakammer auch zu beachten, dass die Temperatur bestimmte Grenzwerte nicht überschreiten oder unterschreiten darf. So können Lebensmittel geschädigt werden, wenn sie zu heiß oder zu kalt werden.

Wichtig ist aber, dass durch die Wahl des Diffusionswiderstands in der Dämmung und der Temperatur die Feuchtigkeit sich im Regelfall automatisch einstellt und es keiner aufwändigen Regelung und Beeinflussungsmöglichkeiten bedarf. Dies stellt einen wesentlichen Vorteil der Erfindung dar.

Es soll nicht verschwiegen werden, dass mit der vorliegenden Erfindung eine sehr exakte Einstellung der Feuchtigkeit nicht immer möglich ist. Bei einer Vielzahl von

Anwendungen ist dies auch überhaupt nicht erforderlich, so dass ohne Inkaufnahme von Nachteilen der Vorteil eines niedrigeren Aufwands gezogen werden kann.

In der Regel handelt es sich bei der hier interessierenden Feuchtigkeit um die Menge des Wasserdampfs in der Klimakammeratmosphäre. Meist handelt es sich bei der

Klimakammeratmosphäre um Luft. Die Erfindung ist aber grundsätzlich auch für andere dampfförmige Stoffe, die in einem Gasgemisch gelöst sind, einsetzbar. Im Interesse einer anschaulichen Darstellung wird im Weiteren angenommen, dass es sich bei der

Feuchtigkeit um die Menge von dampfförmigem Wasser in Luft handelt.

Soweit vorliegend von Diffusion, Diffusionsoffenheit, Diffusionswiderstand und dergleichen gesprochen wird, so bezieht sich dies entsprechend grundsätzlich auf die Diffusion von Wasserdampf. Entscheidend ist häufig die relative Luftfeuchtigkeit, also der - meist prozentual angegebene - Anteil der Feuchtigkeit relativ zur maximal in der Luft möglichen

Feuchtigkeit, also des maximal in der Luft löslichen Wasserdampfgehalts. Da der maximal in der Luft lösbare Wasserdampfgehalt stark temperaturabhängig ist, kann die relative Luftfeuchtigkeit bei gleichbleibender absoluter Luftfeuchtigkeit durch eine Änderung der Temperatur geändert werden. Konkret wird durch eine Erhöhung der Temperatur die relative Luftfeuchtigkeit - bei gleicher absoluter Luftfeuchtigkeit - abgesenkt und durch eine Senkung der Temperatur erhöht. Praktisch ist freilich zusätzlich zu beachten, dass durch Verdunstung oder Kondensation die Wasserdampfmenge sich ändert. Die

Zusammenhänge sind hinreichend bekannt und in Lehrbüchern und Literatur umfänglich beschrieben.

Da absolute und relative Feuchtigkeit durch die Temperatur verknüpft sind, wird in der vorliegenden Darstellung nur dann zwischen absoluter und relativer Feuchtigkeit unterschieden, wenn es darauf konkret ankommt.

Anhand einer klassischen Anwendung soll die Funktionsweise der Klimakammer näher erläutert werden. Ein Lebensmittel, sei am Beginn feucht und soll kontrolliert langsam getrocknet werden. In diesem Fall gilt es eine bestimmte relative Feuchtigkeit in der Klimakammer nicht zu unterschreiten, damit die Trocknung nicht zu schnell abläuft. Andererseits soll die relative Feuchtigkeit nicht zu hoch werden. Aus der Klimakammer wird durch die Hülle an die Umgebung Feuchtigkeit abgegeben. Aus dem Lebensmittel tritt Feuchtigkeit in die Klimakammer, genauer gesagt in die Atmosphäre der

Klimakammer.

Die aus der Klimakammer austretende Wassermenge hängt entscheidend vom

Dampfdiffusionswiderstand der Hülle, der relativen Feuchtigkeit und Temperatur, genauer dem Wasserdampfpartialdruck, in der Klimakammer und der relativen

Feuchtigkeit und Temperatur in der Umgebung der Klimakammer ab. Der

Wasserdampfpartialdruck in der Umgebung der Klimakammer kann im Regelfall als nahezu konstant angesehen werden. Die sich in der Klimakammer einstellende relative Feuchtigkeit hängt - neben der Temperatur ersichtlich von der durch die Trocknung zugeführten Wassermenge und der durch die Hülle abgeführten Wassermenge ab.

Bei der beispielhaft interessierenden Trocknung kann durch die Wahl der Temperatur die relative Feuchtigkeit in der Klimakammer beeinflusst werden. So kann eine einfache Regelung vorsehen, die Temperatur der Klimakammer durch Heizung bis zu einem Maximalwert zu erhöhen, wenn die relative Feuchtigkeit in der Klimakammer über einem gegebenen Wert liegt und die Heizung auszuschalten, wenn die relative Feuchtigkeit unter einem gegebenen Wert liegt.

Freilich kann auch auf Erfahrungen und Berechnungen zurückgegriffen werden und lediglich die Heizleistung so gewählt werden, dass ein bestimmter Temperaturbereich erreicht wird. Unter den bekannten Bedingungen, also der Größe der Klimakammer, der Menge des Lebensmittels und dem Diffusionswiderstand ergibt sich bei einer bestimmten Temperatur eine bestimmte Feuchtigkeit. Damit entfällt die manchmal schwierigere Messung der Feuchtigkeit.

Bei den Betrachtungen wurde davon ausgegangen, dass zum Erreichen einer gewünschten Temperatur nur die Heizung geregelt werden muss. Bei einer Trocknung ist im Regelfall eine höhere Temperatur als in der Umgebung erforderlich, so dass die Notwendigkeit einer Kühlung entfällt. Bei Bedarf wäre es aber auch denkbar, die gewünschte Temperatur durch Kühlung zu erreichen.

Neben der einfacheren apparativen Ausführung hat die vorgestellte Klimakammer noch einen entscheidenden weiteren Vorteil. Die diffusionsoffene Wärmedämmung erlaubt das Austreten von Wasser aus der Klimakammer, dämmt aber den Wärmeverlust. Bei der oft interessierenden Trocknung ist es im Regelfall erwünscht, dass die Temperatur in der Klimakammer höher als in der Umgebung ist, während Feuchtigkeit aus der

Klimakammer austreten können soll. Durch die diffusionsoffene Wärmedämmung wird beiden Zielen Rechnung getragen. Es versteht sich, dass freilich Zielkonflikte bestehen.

Die Diffusionsoffenheit erschwert die Wärmedämmung und die Wärmedämmung erschwert die Diffusionsoffenheit. Die Klimakammer lässt sich aufgrund Ihrer einfachen Bauart mit niedrigem Gewicht erstellen. Dies erleichtert den Einsatz für mobile Anwendungen, bei denen ein höheres Gewicht stört. Aber auch bei stationären Klimakammern, die etwa in einem Gebäude untergebracht sind, ist die einfache Bauart vorteilhaft.

Wenngleich in den obigen Ausführungen auf die Trocknung eines Lebensmittels abgestellt worden ist, erlaubt die Klimakammer allgemein eine Trocknung oder Klimatisierung von Gütern.

In einer Ausführungsform ist in der Hülle mindestens eine Schicht mit einem

gewünschten Diffusionswiderstand vorhanden, wobei der Diffusionswiderstand fest sein kann oder variabel, beispielsweise feuchteabhängig, sein kann. Vielfach bestehen gewisse Anforderungen an die Hülle, etwa eine gewisse Wärmedämmung, eine gewisse mechanische Stabilität oder andere Anforderungen. Diese Anforderungen können oft nicht von einem Material mit dem gewünschten Diffusionswiderstand erreicht werden. Daher ist es sinnvoll, dass andere Schichten andere Anforderungen übernehmen und die mindestens eine Schicht mit einem gewünschten Diffusionswiderstand für den

Diffusionswiderstand der Hülle sorgt.

Für die Schicht mit einem gewünschten Diffusionswiderstand kommt etwa Polyamid in Betracht. Polyamid lässt Wasserdampf je nach Feuchtigkeit diffundieren - sowie auch andere polare Dämpfe wie Alkohol -, sperrt aber gegenüber unpolaren Dämpfen.

Es versteht sich, dass der Diffusionswiderstand der anderen Schichten berücksichtigt werden muss bei der Wahl des gewünschten Diffusionswiderstands. Sollte etwa die Schicht zur Sicherstellung der mechanischen Stabilität einen gewissen

Diffusionswiderstand aufweisen, ist bei der Schicht mit einem gewünschten

Diffusionswiderstand zu bedenken, dass der gesamte Diffusionswiderstand aus der Schicht zur Sicherstellung der mechanischen Stabilität und der Schicht mit einem gewünschten Diffusionswiderstand den gewünschten Diffusionswiderstand der Hülle nicht überschreitet.

Eine Möglichkeit ist beispielsweise durch ein Lochblech oder eine vergleichbare

Einrichtung die mechanische Stabilität sicherzustellen. Ein Lochblech trägt nur in vernachlässigbarer Weise zum Diffusionswiderstand bei. Damit kann durch die Schicht mit einem gewünschten Diffusionswiderstand der Diffusionswiderstand der Hülle gut eingestellt werden.

Es ist auch denkbar in unterschiedlichen Bereichen der Hülle unterschiedliche Funktionen sicherzustellen. So können der Boden und die Seitenwände mit einem mechanisch stabilen und diffusionsdichten Material versehen sein, während die obere Bedeckung die Schicht mit einem diffusionsoffenen Material aufweist.

In einer Ausführungsform ist in der Hülle eine diffusionsoffene Schicht zwischen der diffusionsoffenen Wärmedämmung und der Klimakammer vorhanden. Damit kann die Klimakammer vor der diffusionsoffenen Wärmedämmung geschützt werden. Zu denken ist hier etwa an den Schutz der Klimakammer vor Fasern der Wärmedämmung, die nicht in Febensmittel gelangen sollen.

In einer Ausführungsform ist an der der Klimakammer abgewandten Seite der Hülle in einem gewissen Abstand eine dampfdichte Einhüllung vorhanden. Es versteht sich, dass diese einen gewissen Abstand von der Hülle haben muss, um nicht als Bestandteil der Hülle zu wirken und die Hülle dampfdicht auszubilden. Wenn aber ein gewisser Abstand vorhanden ist, dann kann durch die Hülle diffundierender Wasserdampf in dem

Zwischenraum zwischen der Hülle und der Einhüllung kondensieren. Dabei ist zu bedenken, dass aufgrund des Wärmewiderstands der Hülle die Temperatur im

Zwischenraum zwischen der Hülle und der Einhüllung niedriger ist als in der

Klimakammer. Dies gilt freilich nur dann, wenn die Temperatur in der Klimakammer höher ist als in der Umgebung der Klimakammer. Sobald die Temperatur im

Zwischenraum hinreichend niedriger ist als in der Klimakammer, so erfolgt eine

Kondensation des durch die Hülle in den Zwischenraum diffundierenden Wasserdampfs. Um das Kondensat abzuführen, muss in der Einhüllung irgendeine Öffnung vorhanden sein. Diese kann verschließbar ausgestaltet sein und etwa lediglich zum Ablassen des Kondensats geöffnet werden. Es ist auch denkbar die Öffnung zu nutzen, um feuchte Luft abzuführen.

In einer Ausführungsform ist eine Heizeinrichtung und/oder eine Kühleinrichtung vorhanden. Wie bereits erwähnt, genügt meist eine Heizeinrichtung. Oft ist es aber sinnvoll zusätzlich eine Kühleinrichtung vorzusehen. Es darf aber nicht vergessen werden, dass es auch viele Anwendungen gibt, bei denen weder eine Heizeinrichtung noch eine Kühleinrichtung vorhanden ist. Soll etwa in der Klimakammer ein exothermer Prozess ablaufen, so genügt es gegebenenfalls den Wärmewiderstand der Hülle zu beeinflussen.

Die Heizeinrichtung und zugleich Kühleinrichtung kann auch passiv ausgestaltet sein, etwa durch ein Phasenwechselmaterial. Bleibt man beim Beispiel eines in der

Klimakammer ablaufenden exothermen Prozesses, der am Beginn schneller abläuft, und somit am Beginn auch mehr Wärme abgibt, so kann ein entsprechend gewähltes Phasenwechselmaterial überschüssige Wärme aufnehmen und einen unerwünschten Temperaturanstieg verhindern. Wenn der exotherme Prozess dann langsamer abläuft, wird die Wärmeabgabe niedriger. Zusammen mit einem - trotz Wärmedämmung - auftretenden Wärmeverlust in der Klimakammer, also einem Wärmestrom aus der Klimakammer heraus, könnte dies zu einer unerwünschten Abkühlung der Klimakammer führen. Bei einem geeignet gewählten Phasenwechselmaterial wird ein Abfallen der Temperatur verhindert, da beim abkühlungsbedingten Phasenwechsel Wärme frei wird. Durch ein Phasenwechselmaterial kann die Temperatur in der Klimakammer in einem gewissen Bereich um die Phasenwechseltemperatur gehalten werden.

In einer Ausführungsform ist die Heizeinrichtung in der Klimakammer und/oder in der Hülle angeordnet. Wie bereits erwähnt ist vielfach eine Heizeinrichtung sinnvoll, die in der Klimakammer angeordnet sein kann. Es ist aber auch möglich die Heizeinrichtung in der Hülle anzuordnen. Es versteht sich, dass dies nicht so erfolgen darf, dass die Hülle nicht mehr diffusionsoffen ist. Dies kann beispielsweise durch ein Gitter mit elektrischen Heizdrähten erfolgen. Freilich ist dies auf der der Klimakammer zugewandten Seite der diffusionsoffenen Wärmedämmung zu installieren. Eine andere Möglichkeit ist die Heizung in einem Bereich anzuordnen, in dem die Hülle ohnehin nicht diffusionsoffen ist. Wie bereits dargelegt, muss die Hülle nicht in allen Bereichen diffusionsoffen sein.

Wie am oben beschriebenen Beispiel des zu trocknenden Lebensmittels im Grunde bereits dargestellt, kann in einer Ausführungsform die Heizeinrichtung und/oder die Kühleinrichtung so gesteuert werden, dass die sich in der Klimakammer einstellende Feuchtigkeit in einem gewünschten Bereich liegt. Wie erwähnt kann durch die

Temperaturänderung vor allem die relative Feuchtigkeit verändert werden. Es ist aber zu beachten, dass in bestimmten Fällen auch die absolute Feuchtigkeit verändert werden kann. Beim Beispiel des zu trocknenden Lebensmittels bleibend ist zu bemerken, dass eine Erhöhung der Temperatur zu einer erhöhten Wasserabgabe aus dem Lebensmittel in die Klimakammer führen kann und insofern eine Erhöhung der absoluten Feuchtigkeit bewirken kann.

In einer Ausführungsform ist eine feuchtespeichernde und/oder eine wärmespeichernde Einrichtung vorhanden. Diese Einrichtung kann in der Klimakammer selbst aber auch in der Hülle angeordnet sein. Freilich ist auch denkbar, dass beide Funktionen - Feuchtespeicherung und Wärmespeicherung - durch eine gemeinsame Einrichtung erfüllt werden. Durch eine feuchtespeichernde und/oder eine wärmespeichernde Einrichtung wird es erleichtert Feuchtigkeit und Wärme in einem gewünschten Bereich zu halten, zumal wenn diese passiv wirken, also bei zu hoher Feuchtigkeit und/oder Temperatur Feuchtigkeit und/oder Wärme aufzunehmen und bei zu niedrigerer Feuchtigkeit und/oder Temperatur Feuchtigkeit und/oder Wärme wieder abzugeben.

Insofern dient eine wärmespeichernde Einrichtung auch als temporär wirkende

Heizeinrichtung. Daher ist weiter oben ein Phasenwechselmaterial als Ausgestaltung einer Heizeinrichtung dargestellt worden. Ein Phasenwechselmaterial kann freilich auch als wärmespeichernde Einrichtung dienen.

In einer Ausführungsform kann die Luft in der Klimakammer bewegt werden. Dies kann mit einem handelsüblichen, der Größe der jeweiligen Klimakammer angepassten, Lüfter erfolgen. Dadurch kann die Feuchtigkeit und die Temperatur in der Klimakammer gleichmäßig verteilt werden. Damit wird beispielsweise verhindert, dass in der für eine Trocknung relevanten unmittelbaren Umgebung eines zu trocknenden Lebensmittels die Feuchtigkeit zu hoch ist und nicht schnell genug in der Klimakammer zur Hülle diffundiert. Vielfach ist dieses Problem nicht gegeben, wenn es aber der Fall ist, kann durch einen Lüfter relativ einfach Abhilfe geschaffen werden.

In einer Ausführungsform ist die Hülle zumindest bereichsweise durchlässig für solare Strahlung, so dass eine Erwärmung der Klimakammer durch solare Strahlung erfolgen kann. Damit kann in einfacher Weise ohne zusätzlichen Energieaufwand die

Klimakammer beheizt werden. In einer Ausführungsform weist die Hülle eine Öffnung, beispielsweise eine steuerbare Öffnung, auf, damit Wärme und/oder Feuchtigkeit entweichen oder zugeführt werden kann. Damit kann die Regelung unterstützt werden. Soweit Feuchtigkeit zugeführt wird oder abgeführt wird, ist man nicht allein auf die Regelung der Temperatur und die Eigenschaften der Hülle angewiesen, sondern kann zusätzlich durch die Öffnung

Feuchtigkeit zuführen oder abführen. Soweit Wärme zugeführt und/oder abgeführt wird, kann die Regelung der Temperatur unterstützt werden.

In einer Ausführungsform ist in der Klimakammer eine Feuchtequelle, beispielsweise eine steuerbare Feuchtequelle, vorhanden. Gerade wenn nicht bereits durch den in der Klimakammer ablaufenden Prozess Feuchtigkeit zugeführt wird, kann es oft sinnvoll sein, wenn Feuchtigkeit zugeführt wird. Eine steuerbare Feuchtequelle, also eine

Feuchtequelle, bei der die zugeführte Feuchtemenge gesteuert werden kann, erlaubt es in besonderer Weise die Feuchtigkeit in einem gewünschten Bereich zu halten. Es ist eine Frage der jeweiligen Anwendung, ob der damit verbundene Aufwand gerechtfertigt ist.

In einer Ausführungsform ist die Hülle flexibel, beispielsweise verformbar oder aufspannbar, ausgebildet. Damit kann die Hülle einfach an verschiedene

Anwendungsfälle angepasst werden.

In einer Ausführungsform bildet die Hülle einen Teil der Begrenzung der Klimakammer, wobei andere Teile der Begrenzung durch eine ohnehin vorhandene begrenzende Anordnung gebildet werden. Bei der begrenzenden Anordnung kann es sich etwa um einen Boden handeln. Um bei diesem Beispiel zu bleiben. Es ist denkbar zu trocknendes Material auf den Boden zu legen. Dann bildet der Boden die begrenzende Anordnung. Auf das Material wird eine Hülle mit einer diffusionsoffenen Wärmedämmung gelegt. Damit wird auf einfache Weise eine Klimakammer geschaffen.

Bei Bedarf können Abstandshalter eingesetzt werden, die verhindern, dass die Hülle direkt auf dem Material aufliegt. Dies kann nachteilig sein, da etwa eine Trocknung besser in Fuft in der Klimakammer erfolgen kann, als direkt an die Hülle und durch die Hülle. Die Erfindung betrifft auch ein entsprechendes Verfahren zum Beeinflussen der

Feuchtigkeit in einer Klimakammer, bei dem eine oben beschriebene Klimakammer genutzt wird. Die Erläuterungen für die Klimakammer gelten sinngemäß auch für das beanspruchte Verfahren, zu dem analog zur beschriebenen Klimakammer eine Vielzahl von bei Bedarf auch kombinierbaren Ausführungsformen existieren.

Anhand einer Figur sollen nachfolgend weitere Einzelheiten geschildert werden.

Schematisch wird eine Klimakammer 1 gezeigt, die von einer Hülle 2 umgeben ist. Diese weist auf der dem Inneren der Klimakammer 1 zugewandten Seite eine diffusionsoffene Schicht 3 auf.

Daran schließt sich gegebenenfalls eine separate diffusionssteuernde Schicht 4, z.B. aus Polyamid, an, welche eine Schicht mit einem gewünschten feuchteabhängigen

Diffusionswiderstand bildet. Dieser schließt sich eine diffusionsoffene Wärmedämmung 5 an.

Die diffusionsoffene Wärmedämmung 5 wird auf der kammerabgewandten Seite von einer diffusionsoffenen Schicht 6 abgeschlossen.

Die diffusionsoffene Schicht 3, die separate diffusionssteuernde Schicht 4, die diffusionsoffene Wärmedämmung 5 und die diffusionsoffene Schicht 6 bilden die Hülle

2.

Eine dampfdichte und wasserdichte Einhüllung 7 umgibt die Hülle 2 unter Ausbildung eines Zwischenraums 8. Im Zwischenraum 8 erfolgt Kondensation des durch die Hülle 2 aus der Klimakammer diffundierenden Dampfs. Durch einen Auslass 9 kann das Kondensat abgelassen werden.

Die Klimakammer enthält ferner eine hier nicht dargestellte, im Stand der Technik bekannte Heiz- und/oder Kühleinrichtung, mit der die Temperatur und ggf auch die Feuchtigkeit in einem gewünschten Bereich gehalten werden kann.