(57)【要約】  少なくとも第一の受動的な熱交換段階（２）で熱が液体と空気の間で交換される、気液熱交換器の作動方法であって、以下の手順工程が含まれる：周囲空気の露点温度の算出、周囲空気の露点温度が液体の温度より高いかどうかの特定、及び高い場合に以下の工程に従ったパルス運転と呼ばれる作動モードでの熱交換器の作動：液体を既定の期間の間、第一の熱交換段階（２）を貫流させる、液体が第一の段階を貫流することを阻止、第一の熱交換段階（２）を流出後に空気の温度を測定及び監視、その際第一の熱交換段階（２）を流出後に測定された空気の温度が第一の温度上昇を示し、その後一定時間ほぼ一定のレベルにとどまり、次に第二の温度上昇を示し、第二の温度上昇が検出され、及び第二の温度上昇が検出された後に液体が第一の熱交換段階（２）を流れないよう阻止することが終了し、及びこの工程が空気の露点温度が液体の温度より高い間繰り返される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも第一の、受動的な熱交換段階（２）において空気が少なくとも１つの、フィン（６）を備えた第一の流路（４）を貫流し、及び液体が少なくとも１つの第二の流路（５）を貫流し、この第二の流路は少なくとも１つの第一の流路（４）から熱的に受動的な隔壁によって分離されている気液熱交換器の作動方法において、以下の手順工程：
周囲空気の露点温度の算出、
周囲空気の露点温度が液体の温度より高いかどうかの特定、及び高い場合に以下の工程に従ったパルス運転と呼ばれる作動モードでの熱交換器の作動：
液体を既定の期間の間、第一の熱交換段階（２）を貫流させる、
液体が第一の熱交換段階（２）を貫流することを阻止、第一の熱交換段階を流出後に空気の温度測定及び監視、その際第一の熱交換段階（２）を流出後に測定された空気の温度が第一の温度上昇を示し、その後一定時間ほぼ一定のレベルにとどまり、次に第二の温度上昇を示し、
第二の温度上昇が検出され、及び第二の温度上昇が検出された後に液体が第一の熱交換段階（２）を貫流しないよう阻止することが終了し、及び
この工程が周囲空気の露点温度が液体の温度より高い間繰り返される、
によって特徴づけられる、気液熱交換器の作動方法。
【請求項２】
空気の温度と空気の湿度を空気が第一の熱交換段階（２）に流入する前に測定することによって周囲空気の露点温度が伝えられ、及び空気の露点温度が空気の測定温度と測定湿度から特定される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
第二の、能動的熱交換段階（３）で熱が液体と空気の間でエネルギーの流入によってポンピングされる方法において、液体が第一の熱交換段階（２）を貫流することを阻止する工程が、液体が第二の熱交換段階（３）にも貫流しないようにし、及び第二の熱交換段階（３）が遮断されることを特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
第二の、能動的熱交換段階（３）で熱が液体と空気の間でエネルギーの流入によって交換される方法において、液体が第一の熱交換段階（２）を貫流することを阻止する工程が、液体が第一の熱交換段階（２）を迂回するようにし、その結果それにもかかわらず液体が第二の熱交換段階（３）を貫流し得ることを特徴とする、請求項１又は２にいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は気液熱交換器の作動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
本方法は受動的熱交換段階を有する気液熱交換器の作動に適しており、この受動的熱交換段階では空気が垂直方向に伸びる第一の流路を通って、及び液体が第二の流路を通って案内され、その際２つの流路はこの段階では熱的に受動的な隔壁で分離されている。用語「熱的に受動的」は、熱の交換が仕事の実行なしに行われることを意味する。これら流路は、熱的に受動的な隔壁と熱的に良好に接続している複数のフィンを含んでいる。空気用流路内のフィン同士の間隔はその表面積と比べて小さく、それによって熱交換が効率的である。
【０００３】
特に夏季の暑い日などで空気の相対湿度が高い場合は、空気の露点温度は液体の温度より高くなることがある。これにより、空気中に含まれる湿気が凝縮水としてフィンに結露する。熱交換器の寸法は一般に許容差が小さいため、特に空気流を垂直に案内する場合、フィンに生じた水を完全に水切りし、排出するようにフィンを形成することは困難である。これにより、水がフィンの間の隙間に目に見えて溜まり、空気抵抗が生じるために空気を引き続き効率的に冷却することができなくなる。
【０００４】
特許文献１から、冷却に使用することも可能な、少なくとも１つのラジエーターを備えたセントラルヒーティングシステムが公知である。冷却モードでは、ラジエーターを循環する液体が、熱交換器を使用して熱を奪われる。奪われた熱は、第二の熱交換器を使用して蓄熱器に送られる。２つの熱交換器はコンプレッサー駆動式のヒートポンプの一部である。ラジエーターで湿気が凝縮できないようにするため、ラジエーター周囲の温度と湿度を測定して空気の露点を算出し、算出された露点温度がラジエーターの温度に近づいた場合は冷却能力を低減させる。
【０００５】
特許文献２から、エアコンディショナーの制御方法が公知である。この方法では冷却モードで試験要素に水の凝縮が生じる温度が算出され、及び冷却液の温度が凝縮温度より高くなるよう調整される。これは例えば冷却モードを止めることで行われる。
【０００６】
この従来技術から公知の解決方法はすべて、その目的は凝縮水が溜まらないよう防止することであり、このことは冷却能力を低減するか又は冷却モードを中断することによって達成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】英国特許第２４６１３６５号明細書
【特許文献２】欧州特許第５０８７６６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の課題は、挙げられた問題を解決することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題は、本発明に従い、請求項１の特徴によって解決される。有利な実施形態は従属請求項に開示される。
【００１０】
本発明は、空気用の第一の流路と液体用の第二の流路を有している気液熱交換器の作動に関する。この熱交換器は第一の受動的熱交換段階を含み、この段階では第一の流路と第二の流路が熱的に受動的な隔壁によって分離されており、及び任意で第二の能動的熱交換段階を含んでおり、この段階では空気が能動的な方法で、すなわち一方の側から他方の側へ熱をポンピングすることにより冷却されるか又は加熱される。熱的に受動的な隔壁は、熱をよく伝導する材料からなる。第二の熱交換段階では有利には適切な凝縮水排出システムが取り付けられている。第一の及び第二の流路は、それぞれ複数の平行に伸びる流路であってよい。空気用流路はフィンを含んでいる。
【００１１】
本発明は上記の課題を解決するための方法を提示する。この方法は２つの部分を含んでおり、第一部では空気の露点温度が液体の温度より高いかどうかが算出される。これは以下の工程で行われる：
周囲空気の露点温度を、つまり空気が第一の熱交換段階に入る前に空気の露点温度を算出し、
算出した空気の露点温度と、測定した又は上位の制御装置が伝達した液体の温度とを比較する。
【００１２】
空気の露点温度は、例えば以下のようにして算出される：
空気が第一の熱交換段階に流入する前に空気の温度と湿度を測定し、続いて
測定した空気の温度と湿度から空気の露点温度を特定する。
【００１３】
空気の測定温度Ｔと測定湿度から空気の露点温度を特定するには、例えばモリエ線図を使用することができる。露点温度（略号Ｔｐｌ）は、別法として方程式
【００１４】
【数１】
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を使用して計算することもでき、その際温度Ｔ及びＴｐｌの度量単位はセ氏温度であり、空気の湿度ｐｈｉは相対的にパーセンテージで示される空気湿度として使用される。
【００１５】
空気のｈ−ｘ−線図の２つの別の数値（ｈはエンタルピー、ｘは絶対湿度を表す）を測定することも可能であり、例えばそれは乾球温度、湿球温度、固有のエンタルピー及び空気密度から２つの数値であり、及びそこから空気の露点温度が算出される。
【００１６】
空気の露点温度が液体の温度より高い場合及び高い間は、熱交換器がパルス運転と呼ばれる作動モードで作動される、方法の第二部が実施される。パルス運転は、以下の、連続して同じ順序で繰り返す工程を含む：
液体は既定の期間の間、第一の熱交換段階を通って流され、
液体が第一の熱交換段階を流れないよう阻止され、第一の熱交換段階から流出した後に空気温度が測定及び監視され、その際第一の熱交換段階から流出後に測定された空気温度が第一の温度上昇を示し、次に一定時間ほぼ一定のレベル（給気の湿球温度に相当する）にとどまり、及び次に第二の温度上昇を示し、
第二の温度上昇が検出され、及び第二の温度上昇が検出後に液体が第一の熱交換段階を流れないよう阻止することが終了し、及び
この工程は空気の露点温度が液体の温度より高い間繰り返される。
【００１７】
パルス運転では、方法の第一部を実施することにより空気の露点温度が液体の温度より高いかどうかという条件が、周期的に又は非周期的に点検される。
【００１８】
パルス運転では、凝縮水の溜まるフェーズに続いて凝縮水が気化によって除去されるフェーズが周期的に行われるが、他方で空気の冷却は中断することなく続けられる。パルス運転ではフィンの間に一時的に水が溜まってしまうが、空気流を止めてしまう原因となり得る凝縮水によるフィンの詰まりは阻止され、水流遮断時間を最小限まで低減することによって熱交換器の効率性が高められる。
【００１９】
本発明による方法を実施できるよう、熱交換器にはそのために必要な温度センサー及び湿度センサーが装備されている。
【００２０】
熱交換器が、熱が液体と空気との間でエネルギーの流入によってポンピングされる第二の能動的段階を含む場合、液体が第一の熱交換段階を貫流することを阻止する工程により第一の変形例に従って液体が第二の熱交換段階を貫流せず及び第二の熱交換段階が遮断され、又は液体が第一の熱交換段階を貫流することを阻止する工程により第二の変形例に従って液体が第一の熱交換段階を迂回して案内され（バイパス）、その結果それにもかかわらず液体が第二の熱交換段階を貫流し得る。
【００２１】
本発明は、以下に実施例と図を使用して詳しく説明される。図は実寸とは一致していない。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明による方法に従って作動するために配設された、本発明を理解するために必要な気液熱交換器の部分の模式的側面図ないし平面図である。
【図２】本発明による方法に従って作動するために配設された、本発明を理解するために必要な気液熱交換器の部分の模式的側面図ないし平面図である。
【図３】本発明による方法を説明するための３つの線図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図１及び図２は、第一の、受動的熱交換段階２及び、任意の、下流に接続された、能動的熱交換段階３を備えた、本発明を理解するために必要な気液熱交換器１の部分の模式的側面図ないし平面図である。第一の熱交換段階２は、少なくとも１つの、好ましくは複数の空気用流路４及び少なくとも１つの、好ましくは複数の液体用流路５を含む。空気用流路４及び液体用流路５は交互に順に配置され、熱的に受動的な、熱伝導性の高い隔壁によって分離されている。空気用流路４は熱的に受動的な隔壁と熱的に良好に接続された複数のフィン６を含む。空気と液体間の熱交換が効率的になるようフィン６間の間隔は小さい。空気用流路４はこの例では垂直方向に伸びている。
【００２４】
任意の、第二の、能動的熱交換段階３は、さまざまに形成され得る。この段階は例えば冷却液が循環する、コンプレッサーを備えた冷却回路であってよく、その際空気は冷却回路と熱を交換する。
【００２５】
図１及び図２に示された例では、第二の熱交換段階３が、熱が液体と空気の間で電気エネルギーの流入によって、つまり少なくとも１つのペルチェ素子１０の使用によって交換され得るように形成されている。第二の熱交換段階３は、少なくとも１つの空気用流路７、少なくとも１つの液体用流路８及び少なくとも１つの、その間に配置されたペルチェ素子１０を含んでおり、このペルチェ素子は空気を加熱しなければならない場合は熱を液体から空気へポンピングし、空気を冷却しなければならない場合は熱を空気から液体へポンピングする。液体はこの例では物理的状態の変化を受けない。示された例では、少なくとも１つのペルチェ素子１０と熱的に良好に接触している平行に配置されたフィン９の間を空気が流れる。
【００２６】
加えて熱交換器１はバルブ１１及び任意のバイパスライン１２を含み、その目的は以下で説明される。
【００２７】
用語「ペルチェ素子」は、専門分野ではしばしば用語「熱電要素」又は用語「ペルチェヒートポンプ」と同義語のように使用される。熱電要素は、特にペルチェ効果に基づいているが、例えば熱トンネル効果（英語は「ｔｈｅｒｍｏ  ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ」）として公知の原理のような他の電熱効果に拠ってもよい。
【００２８】
熱交換器１は外部の液体循環系に接続できる入口１３と出口１４を備えている。液体循環系内で循環する液体は、外部の中央装置によって既定の温度に加熱されるか冷却される。使用される液体は通常水又は水ベースの液体であるが、別の適切などのような液体を使用してもよい。空気用流路４は垂直方向に伸びている。液体用流路は、管路系として設計されており、これが入口１３と出口１４を互いに接続している。加えて熱交換器１は第一の熱交換段階２を通して空気を強制案内するために送風機ならびに必要な案内板及び案内要素を含んでおり、存在している場合は第二の熱交換段階３、ならびに第二の熱交換段階３内に生じた凝縮水用排出口１５を含んでいる。液体の流れ方向は矢印１６によって、空気の流れ方向は矢印１７によって示されている。
【００２９】
熱交換器１はさらに、本発明による作動に必要なセンサー、すなわち第一の熱交換段階２の前に配置されている温度測定用の少なくとも１つの温度センサー１８及び空気湿度測定用湿度センサー１９、第一の熱交換段階２の後に配置されている空気温度測定用温度センサー２０、及び制御装置２１を含んでいる。液体の温度は、例えば入口に配置されている温度センサー２２を使用して測定するか又は外部の中央装置から制御装置２１に伝達される。制御装置２１は、センサーから伝えられたデータを評価し、第一の熱交換段階２を通る液体のフローだけでなく少なくとも１つのペルチェ素子１０も制御する。
【００３０】
図３は、３つの重なり合って配置されている線図を示しており、時間ｔの関数で本発明による方法の以下の特徴が例を使用して示されている。
【００３１】
中央の線図は、第一の熱交換段階２を通る液体のフローを示している。第一の熱交換段階２を通る液体のフローは、それぞれ既定の期間Ｔ１の間、流入させ、次に中断し、その際第一の熱交換段階２を通る液体のフローの遮断は、バルブ１１を閉じるか又は、バイパスライン１２がある場合はバルブ１１を切り替えて行われ、その結果液体はバイパスライン１２を貫流し、それによって第一の熱交換段階２を迂回して案内される。
【００３２】
下の線図は、少なくとも１つのペルチェ素子１０を通って流れる流れで、第一の熱交換段階を通る液体のフローが中断される場合、第二の熱交換段階３を通る液体のフローも中断される。少なくとも１つのペルチェ素子１０を通って流れる流れはそれぞれ、第一の熱交換段階２を通る液体のフローが中断されると、同時に遮断されるか、又は少なくとも１つのペルチェ素子１０が過熱しないよう時間的な遅れを伴って遮断される。第二の熱交換段階３を通る液体のフローが中断されない別の場合には、少なくとも１つのペルチェ素子１０は遮断されない。
【００３３】
上の線図は、第一の熱交換段階２を出た後の空気の温度変化、すなわち温度センサー２０が測定した温度の変化を示している。第一の温度上昇２３（例では１８℃から約２２℃へ）、ほぼ一定のレベル２４、第二の温度上昇２５（例では約２２℃から約２７℃へ）が明確に見て取れる。
【００３４】
上の線図に示された温度変化は、以下の、反復されるフェーズＡ〜Ｄから構成されている。
フェーズＡ：第一の熱交換段階２を通る液体のフローは中断されない：空気は冷却される（例では約１８℃）。時間が経過するにつれ、フィン６の間に水が凝縮し、空気の流れ抵抗が徐々に増大する。
フェーズＢ〜Ｄ：第一の熱交換段階２を通る液体のフローが中断される。
フェーズＢ：空気の温度は、ほぼ一定のレベル２４に上昇する。
フェーズＣ：空気の温度はレベル２４にとどまる。なぜならフィン６の間に集まった水が気化し、その際空気を断熱的に冷却するからである。
フェーズＤ：フィン６の間の水が気化するとすぐに、空気の温度がさらに上昇する。
【００３５】
図３では、パルス運転が非常によく見て取れる。個々のサイクルの持続時間（１つのサイクルはフェーズＡ〜Ｄの連続を含む）が典型的には数分又は数十分の範囲にあるため、及び空気の露点温度は一般にゆっくりとしか変化しないため、露点温度はパルス運転中、時々しか、例えば３０分に１回又は１時間に１回しか、又は他の時間間隔でしか再測定されない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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