EP2751494A2 - Verfahren zum betrieb eines flüssigkeit-luft wärmeaustauschgeräts - Google Patents

Verfahren zum betrieb eines flüssigkeit-luft wärmeaustauschgeräts

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EP2751494A2
EP2751494A2 EP12758795.4A EP12758795A EP2751494A2 EP 2751494 A2 EP2751494 A2 EP 2751494A2 EP 12758795 A EP12758795 A EP 12758795A EP 2751494 A2 EP2751494 A2 EP 2751494A2
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EP
European Patent Office
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air
liquid
heat exchange
temperature
exchange stage
Prior art date
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EP12758795.4A
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Inventor
Alexandr Sologubenko
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Mentus Holding AG
Original Assignee
Mentus Holding AG
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Publication date
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Application granted granted Critical
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F11/00—Control or safety arrangements
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    • F24F2110/00—Control inputs relating to air properties
    • F24F2110/10—Temperature
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    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F2110/00—Control inputs relating to air properties
    • F24F2110/20—Humidity
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25D—REFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F25D21/00—Defrosting; Preventing frosting; Removing condensed or defrost water
    • F25D21/04—Preventing the formation of frost or condensate

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a liquid-air heat exchange device. Background of the invention
  • the method is suitable for operating a liquid-to-air heat exchange apparatus having a passive heat exchange stage in which the air is passed through a first flow channel extending in the vertical direction and the liquid through a second flow channel, the two flow channels in this stage are separated by a thermally passive partition.
  • the term "thennisc h passive" means that the exchange of heat takes place without doing any work.
  • the flow channels contain a plurality of fins, which are in good thermal communication with the thermally passive partition. The distances between the slats in the
  • Flow channels for the air are small relative to the size of their surface, so that the heat exchange is efficient.
  • the air has a high relative humidity, it may, especially on hot
  • Gaps between the slats increasingly clogged and as a result of the resulting
  • Air resistance makes the further effective cooling of the air impossible.
  • a central heating system with at least one radiator which can also be used for cooling.
  • cooling mode the liquid circulating through the radiator is deprived of heat by means of a heat exchanger.
  • the extracted heat is released by means of a second heat exchanger to a heat storage.
  • the two heat exchangers are part of a compressor-driven heat pump.
  • the dew point of the air is detected and, as the detected dew point temperature approaches the temperature of the radiator, the cooling capacity is reduced.
  • a method for controlling an air conditioner is known in which the temperature is determined in the cooling operation, in which occurs on a test element condensation of water, and then ensures that the temperature of the cooling liquid is higher than that
  • Condensation temperature This is done, for example, by stopping the cooling operation.
  • the solutions known from this prior art all have the aim of preventing the accumulation of condensate and achieve this by reducing the cooling capacity or interrupting the cooling operation.
  • the invention has for its object to solve the above problem.
  • the invention relates to the operation of a liquid-air heat exchange apparatus having a first flow channel for the air and a second flow channel for the liquid.
  • the heat exchange apparatus includes a first passive heat exchange stage in which the first flow channel and the second flow channel are separated by a thermally passive partition, and optionally a second active heat exchange stage in which the air is actively cooled, i. by pumping heat from one side to the other, cooled or heated.
  • the thermally passive partition consists of a heat-conducting material.
  • a suitable condensate drainage system is advantageously installed.
  • the first and second flow channels may also each be a plurality of parallel flow channels.
  • the flow channel (s) for the air contain lamellae.
  • the invention proposes a method for achieving the stated object.
  • the method comprises two parts, namely a first part, in which it is determined whether the dew point temperature of theizit is higher than the temperature of the liquid. This is done by the following steps:
  • the dew point temperature of the air can be determined, for example, by:
  • the determination of the dew point temperature of the air from the measured temperature T and the measured humidity of the air can be done for example by means of a Mollier diagram.
  • the dew point temperature, referred to as T pl may alternatively be calculated by means of the equation
  • Humidity phi is to be used as relative humidity in percent.
  • h-x diagram of the air h denotes the enthalpy, x the absolute humidity
  • Pulse operation includes the following steps, which are repeated in the same order:
  • the condition of whether the dew point temperature of the air is higher than the temperature of the liquid is checked periodically or aperiodically by performing the first part of the process.
  • the heat exchange device is equipped with the necessary temperature and humidity sensors.
  • the heat exchange device comprises a second, active stage, in the heat between the
  • Liquid flows through the first heat exchange stage causes, according to a second variant, that the liquid at the first heat exchange stage is passed (bypass), so that they can still flow through the second heat exchange stage.
  • Fig. 1, 2 show schematically in side view and in the plan for the understanding of
  • FIG. 3 shows three diagrams for illustrating the method according to the invention.
  • the first heat exchange stage 2 comprises at least one, preferably a plurality of flow channels 4 for the air and at least one, preferably a plurality of flow channels 5 for the liquid.
  • Flow channels 4 for the air and the Strömungskanäie for the liquid 5 are arranged in alternating order and separated by thermally passive, heat well conducting partitions.
  • the flow ducts 4 for the air contain a plurality of fins 6, which are in good thermal communication with the thermally passive partitions. The distances between the fins 6 are small so that the heat exchange between the air and the liquid is efficient.
  • the flow channels 4 for the air in this example extend in the vertical direction.
  • the optional second, active heat exchange stage 3 can be designed in various ways. It may for example contain a refrigeration cycle with a compressor in which a
  • Cooling liquid circulates, with the air exchanging heat with the cooling circuit.
  • the second heat exchange stage 3 is designed so that heat can be exchanged between the liquid and the air by supplying electrical energy, namely by means of at least one Peltier element 10.
  • the second heat exchange stage 3 contains at least one Flow channel 7 for the air, at least one flow channel 8 for the liquid and the at least one interposed Peltier element 10, the heat from the liquid to the air pumps when the air is to be heated, and the heat from the air to the liquid pumps when the Air should be cooled.
  • the liquid in this example does not undergo any change in state of aggregation.
  • the air flows between parallel blades 9, which are in good thermal contact with the at least one Peltier element 10.
  • the heat exchange device 1 also comprises a valve 11 and optionally a bypass line 12, whose purpose is described below.
  • thermoelectric element or the term “Peltier heat pump” used.
  • thermoelectric elements are based in particular on the Peltier effect, but they can also be based on another thermoelectric effect such as the thermo-tunneling (English, “thermo tunneling") known principle.
  • the heat exchange device 1 has a Einiass 13 and an outlet 14 which can be connected to an external fluid circuit.
  • the circulating liquid in the liquid circuit is heated or cooled by an external, central device to a predetermined temperature.
  • the liquid used is usually water or a water-based liquid; but it can also be used any other suitable liquid.
  • the flow channels 4 for the air extend in the vertical direction.
  • the flow channels for the liquid are designed as a conduit system which connects the Einiass 13 and the outlet 14 with each other.
  • the heat exchange device 1 also includes a fan and the necessary baffles and guide elements for the positive guidance of the air through the first heat exchange stage 2 and, if present, the second heat exchange stage 3, as well as a
  • Drain 15 for accumulating in the second heat exchange stage 3 condensate.
  • the flow direction of the liquid is represented by arrows 16, the flow direction of the air by arrows 17.
  • the heat exchange device 1 further comprises the sensors necessary for the operation according to the invention, namely at least one temperature sensor 18 for measuring the temperature and a humidity sensor 19 for measuring the humidity of the air before the first
  • Heat exchanger stage 2 are arranged, a temperature sensor 20 for measuring the temperature of the air, which is arranged after the first heat exchanger stage 2, and a control unit 21.
  • the temperature of the liquid is measured either by means of a arranged for example Einiass temperature sensor 22 or from the external, central Device transmitted to the control unit 21.
  • the control unit 21 evaluates the data transmitted by the sensors and controls both the flow of the liquid through the first heat exchange stage 2 and the at least one Peitiereiement 10th
  • FIG. 3 shows three superimposed diagrams which, as a function of time t, illustrate the following features of the method according to the invention by way of example.
  • the middle diagram shows the flow of the liquid through the first heat exchanger stage 2.
  • the flow of the liquid through the first heat exchanger stage 2 is respectively allowed for a predetermined period of time ⁇ and then interrupted, wherein the interruption of the
  • the lower diagram shows the current flowing through the at least one plowing element 10 in the event that the interruption of the flow of the liquid through the first heat exchange stage also causes the interruption of the flow of the liquid through the second heat exchange stage 3.
  • the flowing through the at least one Peitiereiement 10 current is in each case when the
  • Flow of the liquid is interrupted by the first heat exchange stage 2, either simultaneously or with a time delay turned off, so that at least one
  • Peitiereiement 10 not overheated. In the other case, that the flow of the liquid through the second heat exchange stage 3 is not interrupted, the at least one Peitiereiement 10 is not turned off.
  • the upper diagram shows the course of the temperature of the air after exiting the first heat exchanger stage 2, i. the course of the temperature sensor 20 measured temperature.
  • first temperature increase 23 in the example from 18 ° C to about 22 ° C
  • second temperature rise 25 in the example from about 22 ° C to about 27 ° C.
  • Phase A The flow of liquid through the first heat exchanger stage 2 is not interrupted: The air is cooled, in the example to about 18 ° C. Over time, water condenses between the fins 6, which increasingly increases the flow resistance of the air.
  • Phases B to D The flow of the liquid through the first heat exchanger stage 2 is interrupted.
  • Phase B The temperature of the air rises to the approximately constant level 24.
  • Phase C The temperature of the air remains at level 24, since that between the fins 6 accumulated water evaporates while the air cools adiabatically.
  • Phase D The temperature of the air continues to rise as soon as the water between the lamellae 6 has evaporated.
  • the pulse operation is very clearly visible. Since the duration of the individual cycles (one cycle comprises a sequence of phases A-D) is typically in the range of a few or several tens of minutes and the dew point temperature of the air usually changes only slowly, the duration of the individual cycles (one cycle comprises a sequence of phases A-D) is typically in the range of a few or several tens of minutes and the dew point temperature of the air usually changes only slowly, the
  • Dew point temperature during pulse operation only occasionally be measured again, for example, once every half an hour or per hour, or at other intervals.

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Abstract

Ein Verfahren zum Betrieb eines Flüssigkeit-Luft Wärmeaustauschgeräts, bei dem zumindest in einer ersten passiven Wärmeaustauschstufe (2) Wärme zwischen der Flüssigkeit und der Luft ausgetauscht wird, weist folgende Verfahrensschritte auf: Ermitteln der Taupunkttemperatur der Umgebungsluft, Bestimmen, ob die Taupunkttemperatur der Umgebungsluft höher ist als die Temperatur der Flüssigkeit, und wenn dies der Fall ist Betreiben des Wärmeaustauschgeräts in einem als Pulsbetrieb bezeichneten Betriebsmodus gemäss den folgenden Schritten: die Flüssigkeit während einer vorbestimmten Zeitdauer durch die erste Wärmeaustauschstufe (2) strömen lassen, Verhindern, dass die Flüssigkeit durch die erste Stufe strömt, und Messen und Überwachen der Temperatur der Luft nach dem Austritt der Luft aus der ersten Wärmeaustauschstufe (2), wobei die nach dem Austritt aus der ersten Wärmeaustauschstufe (2) gemessene Temperatur der Luft einen ersten Temperaturanstieg anzeigt, dann eine gewisse Zeit auf einem in guter Näherung konstanten Niveau bleibt, und dann einen zweiten Temperaturanstieg anzeigt, Detektieren des zweiten Temperaturanstiegs und Beenden des Verhinderns, dass die Flüssigkeit durch die erste Wärmeaustauschstufe (2) strömt, nachdem der zweite Temperaturanstieg delektiert wurde, und Wiederholen dieser Schritte solange die Taupunkttemperatur der Luft höher ist als die Temperatur der Flüssigkeit.

Description

Verfahren zum Betrieb eines Flüssigkeit-Luft Wärmeaustauschgeräts
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Flüssigkeit-Luft Wärmeaustauschgeräts. Hintergrund der Erfindung
Das Verfahren eignet sich zum Betrieb eines Flüssigkeit-Luft Wärmeaustauschgeräts, das eine passive Wärmeaustauschstufe aufweist, in der die Luft durch einen ersten Strömungskanal, der in vertikaler Richtung verläuft, und die Flüssigkeit durch einen zweiten Strömungskanal geführt werden, wobei die beiden Strömungskanäie in dieser Stufe durch eine thermisch passive Trennwand getrennt sind. Der Begriff "thennisc h passiv" bedeutet, dass der Austausch von Wärme ohne Verrichtung von Arbeit erfolgt. Die Strömungskanäle enthalten eine Vielzahl von Lamellen, die mit der thermisch passiven Trennwand in guter thermischer Verbindung sind. Die Abstände zwischen den Lamellen im
Strömungskanal für die Luft sind relativ zur Größe ihrer Oberfläche gering, damit der Wärmeaustausch effizient ist.
Wenn die Luft eine hohe relative Luftfeuchtigkeit aufweist, kann es, insbesondere an heissen
Sommertagen, vorkommen, dass die Taupunkttemperatur der Luft höher ist als die Temperatur der
Flüssigkeit. Dies führt dazu, dass in der Luft enthaltene Feuchtigkeit sich als Kondensat an den Lamellen niederschlägt. Da die Baugrösse des Wärmeaustauschgeräts in der Regel engen Grenzen unterliegt, ist es schwierig, die Lamellen so auszubilden, dass das entstandene Wasser vollständig abtropft und ab Ii i esst, insbesondere bei vertikaler Führung des Luftstroms. Dies führt dazu, dass das Wasser die
Zwischenräume zwischen den Lamellen zusehends verstopft und infolge des entstehenden
Luftwiderstandes die weitere wirksame Kühlung der Luft verunmöglicht.
Aus GB 2461365 ist ein zentrales Heizsystem mit mindestens einem Radiator bekannt, das auch zum Kühlen benutzt werden kann. Im Kühlbetrieb wird der Flüssigkeit, die durch den Radiator zirkuliert, mittels eines Wärmetauschers Wärme entzogen. Die entzogene Wärme wird mittels eines zweiten Wärmetauschers an einen Wärmespeicher abgegeben. Die beiden Wärmetauscher sind Teil einer kompressorbetriebenen Wärmepumpe. Um zu verhindern, dass am Radiator Feuchtigkeit kondensieren kann, wird durch Messung von Temperatur und Feuchtigkeit in der Umgebung des Radiators der Taupunkt der Luft ermittelt und dann, wenn sich die ermittelte Taupunkttemperatur der Temperatur des Radiators annähert, die Kühlleistung verringert. Aus EP 508766 ist ein Verfahren zum Steuern einer Klimaanlage bekannt, bei dem im Kühlbetrieb diejenige Temperatur ermittelt wird, bei der an einem Testelement Kondensation von Wasser auftritt, und bei dem dann dafür gesorgt wird, dass die Temperatur der Kühlflüssigkeit höher ist als die
Kondensationstemperatur. Dies erfolgt beispielsweise durch Stoppen des Kühlbetriebs. Die aus diesem Stand der Technik bekannten Lösungen haben alle /um Ziel, das Ansammlung von Kondensat zu verhindern, und erreichen dies durch eine Reduzierung der Kühlleistung oder eine Unterbrechung des Kühlbetriebs.
Kurze Beschreibung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das genannte Problem zu beheben.
Die genannte Aufgabe wird erfindungsgemäss gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Die Erfindung betrifft den Betrieb eines Flüssigkeit-Luft Wärmeaustauschgeräts, das einen ersten Strömungskanal für die Luft und einen zweiten Strömungskanal für die Flüssigkeit aufweist. Das Wärmeaustauschgerät enthält eine erste passive Wärmeaustauschstufe, in der der erste Strömungskanal und der zweite Strömungskanal durch eine thermisch passive Trennwand getrennt sind, und fakultativ eine zweite aktive Wärmeaustauschstufe, in der die Luft auf aktive Weise, d.h. durch Pumpen von Wärme von einer Seite auf die andere, gekühlt oder erwärmt wird. Die thermisch passive Trennwand besteht aus einem Wärme gut leitenden Material. In der zweiten Wärmeaustauschstufe ist mit Vorteil ein passendes Kondensatablaufsystem eingebaut. Der erste und zweite Strömungskanal können auch jeder eine Vielzahl von parallel verlaufenden Strömungskanälen sein. Der bzw. die Strömungskanäie für die Luft enthalten Lamellen.
Die Erfindung schlägt ein Verfahren vor, um die genannte Aufgabe zu lösen. Das Verfahren umfasst zwei Teile, nämlich einen ersten Teil, in dem ermittelt wird, ob die Taupunkttemperatur der Luit höher als die Temperatur der Flüssigkeit ist. Dies erfolgt durch folgende Schritte:
Ermitteln der Taupunkttemperatur der Umgebungsiuft, d.h. der Taupunkttemperatur der Luft bevor sie in die erste Wärmeaustauschstufe eintritt,
Vergleichen der ermittelten Taupunkttemperatur der Luft mit der gemessenen oder von einem übergeordneten Steuergerät übermittelten Temperatur der Flüssigkeit. Die Taupunkttemperatur der Luft kann beispielsweise ermittelt werden durch:
Messen der Temperatur der Luft und der Feuchtigkeit der Luft vor dem Eintritt der Luft in die erste
Wärmeaustauschstufe, sowie anschließendes
Bestimmen der Taupunkttemperatur der Luft aus der gemessenen Temperatur und der gemessenen
Feuchtigkeit der Luft. Die Bestimmung der Taupunkttemperatur der Luft aus der gemessenen Temperatur T und der gemessenen Feuchtigkeit der Luft kann beispielsweise mittels eines Mollier-Diagramms erfolgen. Die Taupunkttemperatur, bezeichnet als Tpl, kann alternativ durch Berechnung mittels der Gleichung
ermittelt werden, wobei die Masseinheit der Temperaturen T und Tpi Grad Celsius ist und die
Luftfeuchtigkeit phi als relative, in Prozenten angegebene Luftfeuchtigkeit einzusetzen ist.
Es können auch zwei andere Grössen des h-x -Diagramms der Luft (h bezeichnet die Enthalpie, x die absolute Feuchtigkeit) gemessen werden, beispielsweise zwei aus der Trockenkugeltemperatur, Feuchtkugeltemperatur, spezifische Enthalpie und Dichte der Luft, und daraus die Taupunkttemperatur der Luft ermittelt werden.
Wenn und solange die Taupunkttemperatur der Luft höher als die Temperatur der Flüssigkeit ist, wird der zweite Teil des Verfahrens durchgeführt, der darin besteht, das Wärmeaustauschgerät in einem als Pulsbetrieb bezeichneten Betriebsmodus zu betreiben. Der Pulsbetrieb umfasst die folgenden, sich laufend in der gleichen Reihenfolge wiederholenden Schritte:
die Flüssigkeit während einer vorbestimmten Zeitdauer durch die erste Wärmeaustauschstufe strömen lassen,
Verhindern, dass die Flüssigkeit durch die erste Wärmeaustauschstufe strömt, und Messen und Überwachen der Lufttemperatur nach dem Austritt aus der ersten Wärmeaustauschstufe, wobei die nach dem Austritt aus der ersten Wärmeaustauschstufe gemessene Lufttemperatur einen ersten
Temperaturanstieg anzeigt, dann eine gewisse Zeit au einem in guter Näherung konstanten Niveau bleibt, das der Feuchtkugeltemperatur der Zuluft entspricht, und dann einen zweiten Temperaturanstieg anzeigt,
Detektieren des zweiten Temperaturanstiegs und Beenden des Verhinderns, dass die Flüssigkeit durch die erste Wärmeaustauschstufe strömt, nachdem der zweite Temperaturanstieg delektiert wurde, und
Wiederholen dieser Schritte solange die Taupunkttemperatur der Luft höher ist als die Temperatur der Flüssigkeit.
Im Pulsbetrieb wird die Bedingung, ob die Taupunkttemperatur der Luft höher als die Temperatur der Flüssigkeit ist, periodisch oder aperiodisch überprüft, indem der erste Teil des Verfahrens durchgeführt wird.
Im Pulsbetrieb folgt periodisch auf eine Phase der Ansammlung eine Phase der Entfernung von
Kondensat durch Verdunsten, während die Kühlung der Luft ununterbrochen weitergeht. Der Pulsbetrieb lässt zwar eine temporäre Ansammlung von Wasser zwischen den Lamellen zu, verhindert aber dennoch die Verstopfung der Lamellen durch Kondensat, die zu einer Sperrung des Luftstroms führen würde, reduziert die Zeit der Wasserflussauschaltung auf ein Minimum und erhöht dadurch die Effizienz des Wärmeaustauschgeräts.
Damit das erfindungsgemässe Verfahren durchgeführt werden kann, ist das Wärmeaustauschgerät mit den dazu notwendigen Temperatur- und Feuchtigkeitssensoren ausgerüstet.
Wenn das Wärmeaustauschgerät eine zweite, aktive Stufe umfasst, in der Wärme zwischen der
Flüssigkeit und der Luft durch Zufuhr von Energie gepumpt wird, dann bewirkt der Schritt des
Verhinderns, dass die Flüssigkeit durch die erste Wärmeaustauschstufe strömt, gemäss einer ersten Variante zudem, dass die Flüssigkeit auch nicht durch die zweite Wärmeaustauschstufe strömt und dass die zweite Wärmeaustauschstufe ausgeschaltet wird, oder der Schritt des Verhinderns, dass die
Flüssigkeit durch die erste Wärmeaustauschstufe strömt, bewirkt gemäss einer zweiten Variante, dass die Flüssigkeit an der ersten Wärmeaustauschstufe vorbei geführt wird (Bypass), so dass sie dennoch durch die zweite Wärmeaustauschstufe strömen kann.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispieien und anhand der Zeichnung näher erläutert. Die Figuren sind nicht massstäblich gezeichnet.
Beschreibung der Figuren
Fig. 1, 2 zeigen schematisch in seitlicher Ansicht bzw. in Aufsicht die für das Verständnis der
Erfindung erforderlichen Teile eines Flüssigkeit-Luft Wärmeaustauschgeräts, das für den Betrieb gemäss dem erfindungsgemässen Verfahren eingerichtet ist, und
Fig. 3 zeigt drei Diagramme zur Illustration des erfindungsgemässen Verfahrens.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Die Fig. 1 und 2 zeigen schematisch in seitlicher Ansicht bzw. in Aufsicht die für das Verständnis der Erfindung erforderlichen Teile eines Flüssigkeit-Luft Wärmeaustauschgeräts 1 mit einer ersten, passiven Wärmeaustauschstufe 2 und, fakultativ, einer nachgeschalteten, aktiven Wärmeaustauschstufe 3. Die erste Wärmeaustauschstufe 2 umfasst mindestens einen, bevorzugt mehrere Strömungskanäle 4 für die Luft und mindestens einen, bevorzugt mehrere Strömungskanäle 5 für die Flüssigkeit. Die
Strömungskanäle 4 für die Luft und die Strömungskanäie für die Flüssigkeit 5 sind in alternierender Reihenfolge angeordnet und durch thermisch passive, Wärme gut leitende Trennwände getrennt. Die Strömungskanäie 4 für die Luft enthalten eine Vielzahl von Lamellen 6, die mit den thermisch passiven Trennwänden in guter thermischer Verbindung sind. Die Abstände zwischen den Lamellen 6 sind gering, damit der Wärmeaustausch zwischen der Luft und der Flüssigkeit effizient ist. Die Strömungskanäle 4 für die Luft verlaufen bei diesem Beispiel in vertikaler Richtung.
Die fakultative zweite, aktive Wärmeaustauschstufe 3 kann auf verschiedene Weisen ausgebildet sein. Sie kann beispielsweise einen Kühlkreislauf mit einem Kompressor enthalten, in dem eine
Kühl llüssigkeit zirkuliert, wobei die Luft mit dem Kühlkreislauf Wärme austauscht. Bei dem i n den Fig. 1 und 2 gezeigten Beispiel ist die zweite Wärmeaustauschstufe 3 so ausgebildet, dass Wärme zwischen der Flüssigkeit und der Luft durch Zufuhr von elektrischer Energie ausgetauscht werden kann, nämlich mittels mindestens einem Peltierelement 10. Die zweite Wärmeaustauschstufe 3 enthält mindestens einen Strömungskanal 7 für die Luft, mindestens einen Strömungskanal 8 für die Flüssigkeit und das mindestens eine dazwischen angeordnete Peltierelement 10, das Wärme von der Flüssigkeit zur Luft pumpt, wenn die Luft erwärmt werden soll, und das Wärme von der Luft zur Flüssigkeit pumpt, wenn die Luft abgekühlt werden soll. Die Flüssigkeit erfährt bei diesem Beispiel keine Aggregatszustandsänderung. Im gezeigten Beispiel strömt die Luft zwischen parallel angeordneten Lamellen 9, die i n gutem thermischen Kontakt mit dem mindestens einen Peltierelement 10 sind. Das Wärmeaustauschgerät 1 umfasst zudem ein Ventil 11 und fakultativ eine Bypassleitung 12, deren Zweck weiter unten beschrieben ist.
Für den Begriff„Peltierelement" wird i n der Fachwelt oft wie ein Synonym der Begriff
„thermoelektrisches Element" oder der Begriff„Peltier- Wärmepumpe" verwendet. Die
thermoelektrischen Elemente basieren insbesondere auf dem Peltier-Effekt, sie können aber auch auf einem anderen thermoelektrischen Effekt wie beispielsweise dem als Thermotunnelung (engl,„thermo tunneling") bekannten Prinzip beruhen.
Das Wärmeaustauschgerät 1 weist einen Einiass 13 und einen Auslass 14 auf, die an einen externen Flüssigkeitskreislauf anschliessbar sind. Die im Flüssigkeitskreislauf zirkulierende Flüssigkeit wird von einem externen, zentralen Gerät auf eine vorbestimmte Temperatur erwärmt oder gekühlt. Die verwendete Flüssigkeit ist üblicherweise Wasser oder eine Flüssigkeit auf Wasserbasis; es kann aber auch jede andere geeignete Flüssigkeit verwendet werden. Die Strömungskanäle 4 für die Luft verlaufen in senkrechter Richtung. Die Strömungskanäle für die Flüssigkeit sind als Leitungssystem ausgelegt, das den Einiass 13 und den Auslass 14 miteinander verbindet. Das Wärmeaustauschgerät 1 enthält zudem ein Gebläse sowie die nötigen Leitbleche und Führungselemente für die Zwangsführung der Luft durch die erste Wärmeaustauschstufe 2 und, sofern vorhanden, die zweite Wärmeaustauschstufe 3, sowie einen
Ablauf 15 für in der zweiten Wärmeaustauschstufe 3 anfallendes Kondensat. Die Strömungsrichtung der Flüssigkeit ist durch Pfeile 16, die Strömungsrichtung der Luft durch Pfeile 17 dargestellt.
Das Wärmeaustauschgerät 1 umfasst weiter die für den erfindungsgemässen Betrieb notwendigen Sensoren, nämlich mindestens einen Temperatursensor 18 für die Messung der Temperatur und einen Feuchtigkeitssensor 19 für die Messung der Feuchtigkeit der Luft, die vor der ersten
Wärmeaustauschstufe 2 angeordnet sind, einen Temperatursensor 20 für die Messung der Temperatur der Luft, der nach der ersten Wärmeaustauschstufe 2 angeordnet ist, und ein Steuergerät 21. Die Temperatur der Flüssigkeit wird entweder mittels eines beispielsweise beim Einiass angeordneten Temperatursensors 22 gemessen oder vom externen, zentralen Gerät an das Steuergerät 21 übermittelt. Das Steuergerät 21 wertet die von den Sensoren übermittelten Daten aus und steuert sowohl den Durchfluss der Flüssigkeit durch die erste Wärmeaustauschstufe 2 als auch das mindestens eine Peitiereiement 10.
Die Fig. 3 zeigt drei übereinander angeordnete Diagramme, die in Funktion der Zeit t folgende Merkmale des erfindungsgemässen Verfahrens anhand eines Beispiels illustrieren. Das mittlere Diagramm zeigt den Durchfluss der Flüssigkeit durch die erste Wärmeaustauschstufe 2. Der Durchfluss der Flüssigkeit durch die erste Wärmeaustauschstufe 2 wird jeweils während einer vorbestimmten Zeitdauer Ί zugelassen und dann unterbrochen, wobei das Unterbrechen des
Durchflusses der Flüssigkeit durch die erste Wärmeaustauschstufe 2 entweder durch Schiiessen des Ventils 11 oder, wenn die Bypassleitung 12 vorhanden ist, durch Umschalten des Ventils 11 erfolgt, so dass die Flüssigkeit durch die Bypassleitung 12 strömt und somit an der ersten Wärmeaustauschstufe 2 vorbei geführt wird.
Das untere Diagramm zeigt den durch das mindestens eine Peitiereiement 10 fliessenden Strom im Fall, dass das Unterbrechen des Durchflusses der Flüssigkeit durch die erste Wärmeaustauschstufe auch das Unterbrechen des Durchflusses der Flüssigkeit durch die zweite Wärmeaustauschstufe 3 bewirkt.
Der durch das mindestens eine Peitiereiement 10 fliessende Strom wird jeweils dann, wenn der
Durchfluss der Flüssigkeit durch die erste Wärmeaustauschstufe 2 unterbrochen wird, entweder gleichzeitig oder mit einer zeitlichen Verzögerung ausgeschaltet, damit das mindestens eine
Peitiereiement 10 nicht überhitzt. Im anderen Fall, dass der Durchfluss der Flüssigkeit durch die zweite Wärmeaustauschstufe 3 nicht unterbrochen wird, wird das mindestens eine Peitiereiement 10 nicht ausgeschaltet.
Das obere Diagramm zeigt den Verlauf der Temperatur der Luft nach dem Austritt aus der ersten Wärmeaustauschstufe 2, d.h. den Verlauf der vom Temperatursensor 20 gemessenen Temperatur.
Deutlich erkennbar sind ein erster Temperaturanstieg 23 (im Beispiel von 18 °C auf ca. 22 °C), ein annähernd konstantes Niveau 24 und ein zweiter Temperaturanstieg 25 (im Beispiel von ca. 22 °C auf ca. 27 °C).
Der im oberen Diagramm gezeigte Verlauf der Temperatur besteht aus den folgenden, sich
wiederholenden Phasen A-D:
Phase A: Der Durchfluss der Flüssigkeit durch die erste Wärmeaustauschstufe 2 ist nicht unterbrochen: Die Luft wird gekühlt, im Beispiel auf ca. 18 °C. Im Laufe der Zeit kondensiert Wasser zwischen den Lamellen 6, das den Strömungswiderstand der Luft zunehmend erhöht.
Phasen B bis D: Der Durchfluss der Flüssigkeit durch die erste Wärmeaustauschstufe 2 ist unterbrochen.
Phase B: Die Temperatur der Luft steigt an auf das annähernd konstante Niveau 24.
Phase C: Die Temperatur der Luft verharrt auf dem Niveau 24, da das zwischen den Lamellen 6 angesammelte Wasser verdunstet und dabei die Luft adiabatisch kühlt.
Phase D: Die Temperatur der Luft steigt weiter an, sobald das Wasser zwischen den Lamellen 6 verdunstet ist.
In der Fig. 3 ist der Pulsbetrieb sehr gut erkennbar. Da die Dauer der einzelnen Zyklen (ein Zyklus umfasst eine Abfolge der Phasen A-D) typischerweise im Bereich von einigen oder einigen 10 Minuten liegt und sich die Taupunkttemperatur der Luft in der Regel nur langsam verändert, muss die
Taupunkttemperatur während des Pulsbetriebs nur ab und zu wieder gemessen werden, zum Beispiel einmal pro halbe Stunde oder pro Stunde, oder auch in anderen Zeitabständen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zum Beirieb eines Flüssigkeit-Luft Wärmeaustauschgeräts, bei dem zumindest i n einer ersten, passiven Wärmeaustauschstufe (2) Luft durch mindestens einen ersten Strömungskanal (4) strömt, der Lamellen (6) aufweist, und eine Flüssigkeit durch mindestens einen zweiten Strömungskanal (5) strömt, der von dem mindestens einen ersten Strömungskanai (4) durch eine thermisch passive Trennwand getrennt ist, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:
Ermittein der Taupunkttemperatur der Umgebungsluft,
Bestimmen, ob die Taupunkttemperatur der Umgebungsluft höher ist als die Temperatur der Flüssigkeit, und wenn dies der Fall ist Betreiben des Wärmeaustauschgeräts in einem als Pulsbetrieb bezeichneten Betriebsmodus gemäss den folgenden Schritten:
die Flüssigkeit während einer vorbesti mmten Zeitdauer durch die erste Wärmeaustauschstufe (2) strömen lassen,
Verhindern, dass die Flüssigkeit durch die erste Wärmeaustauschstufe (2) strömt, und Messen und Überwachen der Temperatur der Luft nach dem Austritt der Luit aus der ersten Wärmeaustauschstufe, wobei die nach dem Austritt aus der ersten Wärmeaustauschstufe (2) gemessene Temperatur der Luft einen ersten Temperaturanstieg anzeigt, dann eine gewisse Zeit auf einem annähernd konstanten Niveau bleibt, und dann einen zweiten Temperaturanstieg anzeigt,
Delektieren des zweiten Temperaturanstiegs und Beenden des Verhinderns, dass die Flüssigkeit durch die erste Wärmeaustauschstufe (2) strömt, nachdem der zweite Temperaturanstieg delektiert wurde, und
Wiederholen dieser Schritte solange die Taupunkttemperatur der Umgebungsluft höher ist als die Temperatur der Flüssigkeit.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Taupunkttemperatur der
Umgebungsluft vermittelt wird durch
Messen der Temperatur der Luft und der Feuchtigkeit der Luft vor dem Eintritt der Luft in die erste
Wärmeaustauschstufe (2), und
Bestimmen der Taupunkttemperatur der Luft aus der gemessenen Temperatur und der gemessenen Feuchtigkeit der Luft.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem in einer zweiten, aktiven Wärmeaustauschstufe (3) Wärme zwischen der Flüssigkeit und der Luft durch Zufuhr von Energie gepumpt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Verhinderns, dass die Flüssigkeit durch die erste
Wärmeaustauschstufe (2) strömt, auch bewirkt, dass die Flüssigkeit nicht durch die zweite
Wärmeaustauschstufe (3) strömt und dass die zweite Wärmeaustauschstufe (3) ausgeschaltet wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei dem in einer zweiten, aktiven Wärmeaustauschstufe (3) Wärme zwischen der Flüssigkeit und der Luft durch Zufuhr von Energie ausgetauscht wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Verhinderns, dass die Flüssigkeit durch die erste Wärmeaustauschstufe (2) strömt, bewirkt, dass die Flüssigkeit an der ersten Wärmeaustauschstufe (2) vorbei geführt wird, so dass sie dennoch durch die zweite
Wärmeaustauschstufe (3) strömen kann.
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