Beschreibung

Kühlgerät insbesondere für einen Schaltschrank sowie Verfahren zur Klimatisierung eines Schaltschranks

Die Erfindung betrifft ein Kühlgerät, insbesondere für einen Schaltschrank sowie ein Verfahren zur Klimatisierung eines Schaltschranks.

Unter Schaltschränken werden hier allgemein Schränke verstanden, in denen elektrische Steuer- und Schalteinheiten innerhalb eines Gehäuses in einem Gehäuseraum angeordnet sind.

Für den sicheren und zuverlässigen Dauerbetrieb der elektrischen Geräte ist eine KIi- matisierung der Umgebungsluft der Geräte erforderlich. Hierzu wird oftmals die Umgebungsluft im Schaltschrank direkt gekühlt und der Schaltschrank ist zur Umgebung hin zumindest weitgehend abgeschlossen, so dass lediglich der Schaltschrankinnenraum klimatisiert zu werden braucht.

Innerhalb des Schaltschranks soll dabei eine maximale Temperatur, üblicherweise von 40 ⁰ C, nicht überschritten werden. Weiterhin ist oftmals die Einstellung der relativen Luftfeuchte innerhalb des Schaltschranks auf einen Wert unter 60% gewünscht, um eine atmosphärische Korrosion zu vermeiden.

Zur Kühlung und/oder Klimatisierung von Schaltschränken bestehen prinzipiell unterschiedliche Möglichkeiten. Bei einer Schaltschrankkühlung mit Filterlüftern wird Außenluft mittels zweier Ventilatoren zur Schaltschrank-Innenkühlung benutzt. Bei einer indirekten Schaltschrankkühlung mittels Luft/Luft-Kühlgeräten ist ein innerer und ein äußerer Luftkreislauf mit jeweils eigenem Ventilator und einem Wärmeübertrager als Sys- temtrenner vorgesehen. Bei einer Schaltschrankkühlung mittels Luft/Wasser- Kühlgeräten ist im Kühlgerät ein Luft/Wasser-Wärmeübertrager und ein Ventilator für den Luftkreislauf integriert. Das Kühlwasser ist extern bereitgestellt. Bei einer Schalt- schrankkühiung mitteis Luft/Käitemittei-Kühigeräten ist im Kühigerät ein Luft/Käitemittel-

Wärmeübertrager installiert, der zu einer ebenfalls intern angeordneten luftgekühlten Kältemaschine gehört. Ein Ventilator bewirkt den internen Luftkreislauf über den Luft/Kältemittel-Wärmeübertrager, ein zweiter Ventilator ist für den externen Luftkreislauf zur Verflüssigerkühlung vorgesehen. Bei einer Schaltschrankkühlung mittels Druck- luftkühlgeräten wird aus Druckluft mit einem Wirbelrohr ein Kaltluftstrom erzeugt und dem Schaltschrank als Kühlmedium zugeführt.

Bei derartigen Schaltschrank-Kühlgeräten treten teilweise die nachfolgenden Mängel auf: - Eine zu hohe relative Luftfeuchte (>60%) bei Einsatz von Luft/Wasser-

Kühlgeräten mit Kühlwasservorlauftemperaturen >20°C führt zu atmosphärischer Korrosion. Das Temperaturniveau des Kühlwasservorlaufes ist abhängig von der Art der Kühlwasserbereitstellung (Maschinenkühlwasser, Rückkühlgeräte, zentrale Kühlwassererzeugung). - Verschmutzung von Filtermatten und/oder des Verflüssigers im externen Luftkreislauf bei Luft/Kältemittel-Kühlgeräten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Kühlung insbesondere für Schaltschränke zu ermöglichen.

Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch ein Kühlgerät, insbesondere Schaltschrank-Kühlgerät mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 14.

Das Kühlgerät umfasst danach eine Luftbehandlungseinheit sowie eine einen Kältemittelkreislauf aufweisende Kälteeinheit, wobei in dem Kältemittelkreislauf ein Kältemittel enthalten ist. Die Luftbehandlungseinheit dient sowohl zur Kühlung als auch Entfeuchtung der zu klimatisierenden Luft insbesondere eines Schaltschranks.

Die Luftbehandlungseinheit weist einen Luft/Wasser-Kühler und einen Luft/Kältemittel- Kühler auf, die in Reihe, also in Strömungsrichtung des Luftstroms nacheinander angeordnet sind. Insbesondere ist hierbei der Luft/Kältemittel-Kühler der nachgeordnete Kühler.

Unter Luft/Wasser-Kühler wird ein Wärmeübertrager verstanden, bei dem die zu kühlende Luft an Wärmetauscherflächen eines wassergekühlten Wärmetauschers vorbeiströmt. Das hierfür erforderliche Kühlwasser wird von einem Kühlkreislauf bereitgestellt. Das Kühlwasser ist üblicherweise innerhalb der Anlage, in der der Schaltschrank aufgebaut wird, sowieso vorhanden, und ist beispielsweise ein Maschinenkühlwasser, Kühlwasser eines Rückkühlgeräts oder auch das einer zentralen Kühlwasserversorgung.

Die Wasservorlauftemperatur liegt hierbei vorzugsweise >20°C. Durch die Ausgestaltung als Luft/Wasser-Kühler sorgt dieser durch die Wasserkühlung während einer Startphase, also bei einer Inbetriebnahme des Kühlgeräts, bei einem hohen Feuchtegehalt der Luft für eine sehr schnelle Luftentfeuchtung. Hierbei erfolgt automatisch eine dynamische Leistungsanpassung der Kühlleistung. Allerdings verbleibt bei einem derar- tigen Luft/Wasser-Kühler eine hohe relative Luftfeuchtigkeit in der gekühlten Austrittsluft. Der Luft/Wasser-Kühler ist allgemein charakterisiert durch eine hohe Kühl- und Entfeuchtungsleistung bei geringem Raumbedarf.

Durch die zusätzliche Anordnung des zweiten Luft/Kältemittel-Kühlers werden ein zu- sätzlicher Kühleffekt und eine weitergehende Entfeuchtung der Luft erreicht. Durch die Kombination dieser zwei Kühler wird daher eine schnelle und effiziente Kühlung und Entfeuchtung der zu klimatisierenden Luft erreicht, wobei insbesondere durch die Anordnung des Luft/Kältemittel-Kühlers die relative Luftfeuchte auf einen Wert unterhalb des für die atmosphärische Korrosion kritischen Werts von 60% gewährleistet ist.

Im Sinne eines möglichst kompakten und einfachen Aufbaus ist vorgesehen, dass als Luft/Kältemittel-Kühler ein Verdampfer der Kälteeinheit herangezogen wird. Der Verdampfer und der Luft/Wasser-Kühler sind hierbei vorzugsweise innerhalb einer gemeinsamen Baueinheit zusammengefasst.

Vorzugsweise ist hierbei der Kältemittelkreislauf derart ausgelegt, dass die Verdampfungstemperatur kleiner ist als die Temperatur des Kühlwassers des Kühlkreislaufs. Die Verdampfungstemperatur hängt hierbei von der speziellen Ausbildung des Käiiemittei-

- A - kreislaufs ab, also insbesondere auch von der Wahl des verwendeten Kältemittels sowie von der Wahl der einzelnen Betriebsparameter, wie Druck und Temperatur innerhalb des Kältemittelkreislaufs.

Zweckdienlicherweise wird hierbei eine Verdampfungstemperatur im Bereich von 10 ⁰ C bis 15°C und/oder eine Vorlauftemperatur des Kühlwassers für den Luft/Wasser-Kühler im Bereich von 20 ⁰ C bis 30 ⁰ C eingestellt. Bei einem derart ausgebildeten Kühlgerät stellt sich im quasi stationären Zustand, auch Beharrungszustand genannt, eine angestrebte Luftaustrittstemperatur von etwa 30 ⁰ C und eine relative Luftfeuchte von <60%. Unter quasi stationärem Zustand wird hierbei der Zustand im Betrieb verstanden, bei dem die Entfeuchtungsleistung des Kühlgeräts der der zu klimatisierenden Luft zugeführten Feuchte entspricht. D.h. der Massenstrom der Feuchtigkeit, der der Luft durch das Kühlgerät entzogen wird, ist im Gleichgewicht mit dem Massenstrom der Feuchtigkeit, die der Luft beispielsweise im Schaltschrank wieder zugeführt wird. Die Zuführung geschieht hierbei beispielsweise durch Stoffaustausch infolge eines Was- serdampf-Partialdruckunterschiedes. also einer Diffusion bei abgedichteten Schaltschränken. Die Schaltschränke sind oft abgedichtet und weisen im geschlossenen Zustand kaum einen Luftaustausch mit der Umgebungsluft auf. Der Massestrom der eingetragenen Feuchte liegt hierbei beispielsweise im Bereich von 50 bis 100 g pro Stun- de.

Im Hinblick auf einen konstruktiv einfachen Aufbau ist auf eine zusätzliche Heizeinrichtung zur Reduzierung der relativen Feuchte verzichtet. Die abgekühlte Luft wird daher innerhalb des Kühlgeräts nicht wieder erwärmt. Es ist aufgrund der speziellen Ausges- taltung quasi eine automatische Feuchteregelung im stationären Zustand auf eine relative Luftfeuchte <60% erreicht, ohne dass ein Feuchteregelkreis mit Nachheizung erforderlich oder vorgesehen ist.

Die Steuerung des Kühlgeräts wird mit Hilfe einer Steuereinrichtung vorgenommen. Zweckdienlicherweise ist diese nunmehr derart ausgebildet, dass zunächst während einer Vorkühlphase oder auch Startphase nur der Luft/Wasser-Kühler aktiviert ist, und dass erst anschließend im Bereich des quasi stationären Zustands der Luft/Kältemittel-

Kühler aktiviert wird. In dieser zweiten Phase bleibt der Luft/Wasser-Kühler vorzugsweise aktiv.

Unter Aktivierung des jeweiligen Kühlers wird hierbei verstanden, dass wahlweise oder in Kombination der zu klimatisierende Luftstrom über den Kühler geleitet wird oder dass das Kältemittel bzw. Wasser durch den Kühler geleitet wird. Die Aktivierung des Luft/Kältemittel-Kühlers bedeutet daher insbesondere, dass der Kältemittelkreislauf mit der Umwälzung des Kältemittels in Betrieb genommen wird, dass also der Verdichter als Umwälzpumpe für das Kältemittel im Kältemittelkreislauf zugeschaltet wird.

Zweckdienlicherweise ist hierbei vorgesehen, dass der Luft/Kältemittel-Kühler erst bei oder kurz vor dem Erreichen eines Entfeuchtungsgrenzzustands des Luft/Wasser- Kühlers aktiviert wird. Unter Entfeuchtungsgrenzzustand wird hierbei der Zustand verstanden, wenn die örtliche Oberflächentemperatur des Luft/Wasser-Kühlers mit dem Taupunkt der Luft übereinstimmt, so dass also keine Feuchtigkeit mehr aus der Luft entnommen wird und der Entfeuchtungsprozess an diesem Kühler endet. Der Luft/Wasser-Kühler arbeitet dann - sofern er weiterhin aktiviert ist - als Trockenkühler weiter.

Die Steuereinrichtung ist ergänzend vorzugsweise dahingehend eingerichtet, dass insbesondere bei einer Inbetriebnahme des Schaltschranks keine Kühlung sondern eine Vorwärmung der Luft erfolgt. Dies ist beispielsweise bei geringen Umgebungstemperaturen unterhalb der Raumtemperatur sinnvoll, um möglichst schnell die Luft auf eine geeignete Betriebstemperatur für die im Schaltschrank angeordneten Geräte zu brin- gen. Zweckdienlicherweise wird hierzu der mit Kühlwasser gespeiste Luft/Wasser- Kühler aktiviert, d.h. es wird Kühlwasser mit der üblichen Temperatur im Bereich von 20 ⁰ C bis 30 ⁰ C zur Vor-Erwärmung der Luft durch den dann als Heizeinrichtung betriebenen Luft/Wasser-Kühler geleitet. Die Steuereinrichtung aktiviert daher den Luft/Kühlwasser-Kühler in Abhängigkeit der Lufttemperatur auch in dem Fall, wenn noch keine Kühlleistung erforderlich ist. Durch die Erwärmung wird gleichzeitig auch automatisch die relative Luftfeuchte reduziert.

Gemäß einer zweckdienlichen Weiterbildung weist die Kälteeinheit einen wassergekühlten Verflüssiger auf. Durch diese Maßnahme werden Probleme mit der Verschmutzung von Filtermatten bzw. des Verflüssigers bei einer Luftkühlung vermieden. Anstelle eines luftgekühlten Verflüssigers ist daher ein wassergekühlter Verflüssiger vorgese- hen. Dieser Aspekt wird für Schaltschrank-Kühlgeräte als selbständig erfinderisch angesehen und kann daher unabhängig von der Anordnung der beiden Kühler vorgesehen sein.

Zweckdienlicherweise ist dabei sowohl der Verflüssiger als auch der Luft/Wasser- Kühler an einem gemeinsamen Kühlkreislauf angeschlossen. Es wird daher für beide Geräte der üblicherweise sowieso vorhandene Kühlkreislauf herangezogen, so dass der gerätetechnische Aufwand und damit die Kosten gering gehalten sind. Im Kühlkreislauf wird allgemein ein Kälteträger umgewälzt. Bevorzugt wird als Kälteträger Wasser eingesetzt

Zur Luftführung ist zweckdienlicherweise ein Ventilator vorgesehen, welcher die Luft aus dem zu kühlenden Gerät, insbesondere Schaltschrank, ansaugt und durch das Kühlgerät zu einer Austrittsöffnung durch die beiden Kühler hindurch bläst, so dass die dann gekühlte und entfeuchtete Luft wieder dem Schaltschrank zugeführt werden kann.

Zur Abführung des anfallenden Kondensats ist in der Luftbehandlungseinheit ein Tropfenabscheider eingebaut, der vorzugsweise geneigt angeordnete Abscheidelamellen aufweist, so dass das Kondensat einseitig abgeführt wird.

Das Kühlgerät weist zweckdienlicherweise ein eigenes Gehäuse auf, d.h. die einzelnen Komponenten sowohl der Luftbehandlungseinheit als auch der Kälteeinheit sind innerhalb eines gemeinsamen, abgeschlossenen Gehäuses angeordnet. Dieses Gehäuse weist vorzugsweise lediglich eine Eintrittsöffnung zum Einströmen der zu klimatisierenden Luft sowie eine Austrittsöffnung für diese auf. Der Ventilator kann hierbei unmittel- bar in die Eintrittsöffnung integriert sein. Durch dieses eigene Gehäuse ist eine definierte Luftführung innerhalb des Kühlgeräts gewährleistet. Das Kühlgerät mit seinem Gehäuse selbst wird beispielsweise an eine Seiten- oder Rückwand eines Schaltschranks angeordnet bzw. bildet eine solche Seiten- oder Rückwand eines Schaiischranks. im

letzteren Fall entspricht daher die Gehäusegeometrie des Kühlgeräts der Geometrie des zu klimatisierenden Geräts, insbesondere Schaltschranks.

Ein Ausfϋhrungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen teilweise in schematischen Darstellungen:

Fig. 1A.1 B ein Schaltschrank-Kühlgerät von unterschiedlichen Blickrichtungen,

Fig. 2 ein Fließschaltbild des Kühlgeräts,

Fig. 3 ein h/x-Diagramm mit beispielhaft eingetragenem klimatechnischem Pro- zessverlauf.

In den Figuren sind gleichwirkende Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Das im Ausführungsbeispiel als Schaltschrank-Kühlgerät ausgebildete Kühlgerät 2 weist ein Kühlgerät- Gehäuse 4 auf, in dem sämtliche für die Funktion des Kühlgeräts notwendigen Komponenten eingebaut sind. Diese im Innern des Gehäuses 4 angeordneten Komponenten sind in den Fig. 1A, 1 B gestrichelt dargestellt. Das Gehäuse 4 ist ein möglichst dicht abgeschlossenes Gehäuse, welches im Betrieb von der zu klimatisierenden Luft L durchströmt wird. Diese tritt über eine Eintrittsöffnung 6 ein, durch- strömt das Gehäuseinnere im Ausführungsbeispiel von oben nach unten und tritt anschließend über eine Austrittsöffnung 8 wieder aus. Innerhalb des Gehäuses 4 wird dabei die Luft L sowohl gekühlt als auch entfeuchtet.

Hierzu sind ein Ventilator 10, ein Luft/Wasser-Kühler 12 und ein sich in Strömungsrich- tung der Luft daran anschließender Luft/Kältemittel-Kühler 14 in einem oberen Bereich des Gehäuses 4 angeordnet. Die beiden Kühler 12,14 bilden gemeinsam mit einem nachgeordneten Tropfenausscheider 15 eine Luftbehandlungseinheit I. Sie bilden insbesondere eine gemeinsame einheitliche Baueinheit und überdecken den gesamten freien Querschnitt des Gehäuses 4, so dass die gesamte Luft L die beiden Kühler 12,14 nacheinander durchströmt. Im Tropfenabscheider 15 wird das anfallende Kondensat über schräg orientierte Abscheidelamellen abgeführt.

Der Luft/Wasser-Kühler 12 ist an einem Kühlwasserkreislauf 16 angeschlossen, wie insbesondere aus dem Fließschaltbild gemäß Fig. 2 zu entnehmen ist. In den Kühlkreislauf 16 ist ein verschließbares Ventil 17, insbesondere Magnetventil, angeordnet, über das der Durchfluss des Kühlmittels, im Ausführungsbeispiel Wasser, gesteuert werden kann. Im Kühlgerät 2 ist weiterhin neben der Luftbehandlungseinheit I eine Kälteeinheit Il vorgesehen. Diese umfasst einen Kältemittelkreislauf 18, wie er aus Fig. 2 zu entnehmen ist. Innerhalb dieses Kältemittelkreislaufs 18 wird ein Kältemittel geführt. Als wesentliche Komponenten weist der Kältemittelkreislauf 18 einen durch den Luft/Kältemittel-Kühler 14 gebildeten Verdampfer, einen Verdichter 20, einen Verflüssi- ger 22 sowie ein Expansionsventil 24 auf. Bis auf den Luft/Kältemittel-Kühler 14 sind die Komponenten des Kältemittelkreislaufs 18 im unteren Bereich des Gehäuses 4, insbesondere unterhalb der Austrittsöffnung 8 angeordnet. Die einzelnen Komponenten sind über Leitungen miteinander verbunden. Der Kältemittelkreislauf 18 weist als weitere herkömmliche Komponenten einen Filtertrockner 26, eine Rohrerweiterung 28 sowie verschiedene Ventile und Sensorikgeräte auf. Die Leitungen des Kältemittelkreislaufs 18 sind in Teilbereichen von einer zur ausschnittsweise dargestellten Isolierung 30 umgeben.

Unmittelbar am Luft/Kältemittel-Kühler 14 ist der Luft/Wasser-Kühler 12 angeordnet, und zwar in Strömungsrichtung der Luft L vor dem Kühler 14. Der Luft/Wasser-Kühler 12 ist ebenso wie der Verflüssiger 22 am vorzugsweise gleichen Kühlwasserkreislauf 16 angeschlossen.

Der Kälteeinheit Il zugeordnet ist darüber hinaus noch eine Steuereinheit 32, in der die einzelnen Messdaten der Sensorik erfasst werden und anhand der gemessenen Daten entsprechende Steuer-und-Regel-Befehle an die einzelnen Komponenten des Kältemittelkreislaufs 18 sowie an die weiteren Komponenten des Kühlgeräts 2 abgegeben werden.

Das Kühlgerät 2 wird zur Kühlung insbesondere eines Schaltschranks beispielsweise als dessen Rückwand an den Schaltschrank angebaut. Bei dem Schaltschrank handelt es sich ebenso wie bei dem Kühlgerät 2 um ein zur Umgebung hin abgedichtetes Gerät, so dass möglichst kein Luftaustausch mit der Umgebungsluft erfoigt. Der Schalt-

schrank ist für Wartungs-, Revisions- oder sonstige Bedienzwecke üblicherweise mit einer Schaltschranktür versehen.

Zur Klimatisierung der Luft L des Schaltschranks und damit des Schaltschranks selbst, wird folgendermaßen vorgegangen:

Die Luft L wird über den Ventilator 10 aus dem Schaltschrank angesaugt und in das Gehäuse 4 gefördert. Während einer Startphase, bei der die Luft eine sehr hohe relative Feuchte und/oder eine sehr hohe Temperatur aufweist, wird zunächst nur der Luft/Wasser-Kühler 12 aktiviert, d.h. er wird von dem Kühlwasser des Kühlwasserkreislaufs 16 durchströmt. Der Kältemittelkreislauf 18 ist zunächst nicht angeschaltet. In dieser Vorkühl- oder Startphase wird daher die Entfeuchtung und Kühlung ausschließlich von dem Kühler 12 durchgeführt. Die Startphase ist innerhalb weniger Minuten, beispielsweise in 1 bis 5 Minuten abgeschlossen.

Sobald die an dem Kühler 12 herrschende Oberflächentemperatur an den Wärmetauscherflächen sich dem Taupunkt der Temperatur der zu klimatisierenden Luft nähert bzw. diese erreicht, veranlasst die Steuereinheit 32 die Aktivierung des Luft/Kältemittel- Kühlers 14, es wird also der Kältemittelkreislauf 16 zugeschaltet. Hierdurch wird eine zusätzliche Kühl- und Entfeuchtungsleistung des Luft/Kältemittel-Kühlers 14 zugeschaltet. Der gleichzeitig als Verdampfer im Kältemittelkreislauf 18 arbeitende Kühler 14 arbeitet bei einer Verdampfungstemperatur im Bereich von 10 ⁰ C bis 15°C. Die Vorlauftemperatur des Kühlwasserkreislaufs 16 liegt vorzugsweise im Bereich zwischen 20 ⁰ C und 30 ⁰ C. Hierdurch wird also durch den Kühler 14 ein Nachkühleffekt bei gleichzeitig dauernder Entfeuchtung der Luft gewährleistet. Der Betrieb des Kühlgeräts 2 wird dabei derart eingestellt, dass sich insgesamt im Schaltschrank eine Lufttemperatur im Bereich von etwa 30 ⁰ C und eine Luftfeuchtigkeit von unter 60% stationär einstellt.

Zur Regelung der Lufttemperatur im Schaltschrank ist vorzugsweise ein getaktetes Ak- tivieren des Luft/Wasser-Kühlers 12 sowie des Luft/Kältemittel-Kühlers 14 vorgesehen. Die Aktivierung des Kühlers 12 erfolgt durch öffnen des Ventils 17, so dass der Kühler 12 vom Kühlwasser durchströmt wird. Die Aktivierung des Kühlers 14 erfolgt über ein Einschalten des Verdichters 20, so dass das Kältemittel umgewälzt wird. Der Kühier 12

ist beispielsweise bis zu einer Abschalttemperatur von etwa 30 ⁰ C aktiviert. Erreicht die Lufttemperatur 30 ⁰ C wird also das Ventil 17 geschlossen. Bei einem Ansteigen der Temperatur wird das Ventil 17 wieder geöffnet, so dass durch ein getaktetes öffnen und Schließen eine Regelung erfolgt. Der Kühler 14 wird erst im Bereich dieser Ab- schalttemperatur aktiviert, insbesondere ab einer Temperatur wenige ⁰ C oberhalb der Abschalttemperatur für den Kühler 12, beispielsweise bei 35°C. Bei Unterschreiten einer unteren Temperaturgrenze, beispielsweise bei 27°C, wird der Kühler 14 wieder deaktiviert. Die Regelung des Kühlers 14 erfolgt hierbei bevorzugt durch getaktetes An- bzw. Abschalten des Verdichters 20 in Abhängigkeit der Lufttemperatur.

Der physikalische Ablauf der Kühlung und Entfeuchtung ergibt sich auch aus dem Diagramm gemäß der Fig. 3 in beispielhafter Weise. Bei dem Diagramm handelt es sich um ein so genanntes h/x-Diagramm, bei dem auf der horizontalen Achse die absolute Feuchte x in Gamm pro Kilogramm trockene Luft (g/kg) und auf der vertikalen Achse die Temperatur T in Grad/Celsius ( ⁰ C) aufgetragen ist. In dem Diagramm sind in üblicher Weise eine Vielzahl von Hilfslinien eingezeichnet. Diese sind: Als von links nach rechts leicht ansteigende Linien die Isothermen, die von links nach rechts stark abfallenden Isenthalpen (Linien gleicher spezifischer Enthalpie (in kJ/kg)), als leicht von links nach rechts fallende (strichpunktierte) Linien die Linien gleichen spezifischen Volumens (in m ³ /kg) und schließlich die von links nach rechts ansteigenden hyperbolischen Linien als Linien gleicher relativer Luftfeuchte.

In dieses Diagramm sind beispielhaft vier Zustandsänderungen A, B, C, D für die Luft L eingezeichnet, die beim Durchströmen der Luftbehandlungseinheit I ausgehend von unterschiedlichen Ausgangszuständen auftreten. Die Zustandsänderungen A und B treten während der Startphase auf. Die Zustandsänderungen gemäß C und D geben den quasi stationären Zustand wieder, bei dem für den Luft/Wasser-Kühler 12 der Ent- feuchtungsgrenzzustand erreicht und der Luft/Kältemittel-Kühler 14 zugeschaltet ist.

Bei der Zustandsänderung A strömt die Luft L gemäß einem Zustand tu 1 in das Gehäuse 4 ein und verlässt dieses mit einem Zustand t _{L2 1} - Im gemäß dem Diagramm gewählten Beispiel strömt daher Luft mit einer Temperatur von etwa 43°C, einer relativen Luftfeuchte von 95% und einer absoluten Feuchte von etwa 52 g/kg ein und verlässt

das Gehäuse 4 bei einer Temperatur von etwa 37°C, einer relativen Luftfeuchte von etwa 100%, jedoch bei einer deutlich verringerten absoluten Feuchte von lediglich noch etwa 42 g/kg. Es erfolgt also eine deutliche Entfeuchtung der Luft L. Der entnommene Feuchtigkeits-Masse-Strom beträgt beispielsweise etwa 5 kg/h.

Während der Startphase wird die Luft L sukzessive weiter entfeuchtet, bis beispielsweise die Zustandsänderung gemäß B eintritt. Die Eintrittstemperatur der (wieder erwärmten) Luft bei tu.2 liegt bei etwa 42°C. Die relative Luftfeuchte bei tu ₂ liegt jedoch bereits lediglich bei 60%. Durch die Abkühlung am Kühler 12 wird die Temperatur bis zum Zu- stand tι_22 auf eine Temperatur von etwa 32°C abgekühlt und erreicht dort wieder eine relative Feuchte von nahezu 100%. Die Abnahme der absoluten Feuchte ist nunmehr bereits deutlich geringer und beträgt beispielsweise lediglich noch etwa 100 g pro Stunde (g/h).

Die Zustandsänderung C gibt schließlich einen Zustand an, bei dem durch den

Luft/Wasser-Kühler 12 keine Entfeuchtungsleistung mehr bereitgestellt wird. Vom Zustand tu 3 zum Zustand t _L2.3 erfolgt daher keine, Abnahme der absoluten Feuchte x mehr. Die Temperatur der Luft wird - ähnlich wie bei B - von knapp über 40°C auf knapp über 30 ⁰ C reduziert.

In diesem Betriebszustand des Kühlgeräts 2 ist der Luft/Kältemittel-Kühler 14 zugeschaltet. D.h. die den Luft/Wasser-Kühler 12 mit dem Zustand gemäß t _L 2.3 verlassende Luft wird anschließend unmittelbar durch den Luft/Kältemittel-Kühler 14 weiter entfeuchtet und abgekühlt. Der Zustand t _L i der Luft L beim Eintreten in den Kühler 14 ent- spricht daher dem Zustand t _L2.3 - Nach dem Kühler 14 nimmt die Luft L den Zustand t _L 2 ein, wird also von etwas über 30 ⁰ C auf knapp unter 30 ⁰ C abgekühlt. Zugleich wird die absolute Feuchte x reduziert und liegt unter der relativen Luftfeuchtigkeit von 60%, im Beispiel bei etwa 58%.

Insgesamt wird durch den hier beschriebenen Prozess während der Startphase durch den Luft/Wasser-Kühler 12 zunächst eine hohe Entfeuchtungsleistung bereitgestellt, bevor anschließend nach Erreichen des stationären Zustands durch Zuschalten des

Luft/Kältemittel-Kühlers 14 durch diesen ein zusätzlicher Nachkühleffekt bei gleichzeitig permanenter Entfeuchtung der Luft L erzielt wird.

Bezugszeichenliste

2 Kuhlgerät

4 Gehäuse

6 Eintrittsöffnung

8 Austrittsöffnung

10 Ventilator

12 Luft/Wasser-Kühler

14 Luft/Kältemittel-Kühler

15 Tropfenabscheider

16 Kühlwasserkreislauf

17 Ventil

18 Kältemittelkreislauf

20 Verdichter

22 Verflüssiger

24 Expansionsventil

26 Filtertrockner

28 Rohrerweiterung

30 Isolierung

32 Steuereinheit

I Luftbehandlungseinheit

Il Kälteeinheit

L Luft

T Temperatur

X absolute Feuchte