Verfahren und Vorrichtung zum Wärmeaustausch Die vorliegende Erfindung bezieht, sich auf ein Verfahren zum Austausch von Wärme zwischen einem in einem Raum befindlichen, kompressiblen Medium und mindestens einem stationären Wärmeaustauscher; die Erfindung bezieht sich weiterhin auf eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
Bei stationären Wärmeaustauschern zur Beeinflussung der Temperatur einer begrenz ten Menge eines Mediums, z. B. zur Erwär mung der Luft in einem bestimmten Raum, ist Wärmeübertragung vom Wärmeaustau- scher zur Luft bekanntlich ungiinstig, wenn in dem betreffenden Raum keine besonderen Vorkehrungen für eine Luftzirkulation be stehen. Deshalb wird häufig der Wärmeaus tauseher mit einem Ventilator zusammenge- baut oder andere Mittel vorgesehen, um einen Luftstrom durch den Wärmeaustauscher zu erzielen.
Dabei strömt die Luft. natürlich stets in einer Richtung am Wärmeaustauseher vorbei, so dass ein Kreislauf entsteht.
Die vorliegende Erfindung bezweckt eine weitere Verbesserung des Wirkungsgrades von stationären Wärmeaustauschern.
Das Verfahren nach der vorliegenden Er findung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Medium zyklisch aus dem Raum angesaugt wird, wobei es mit dem Wärmeaustauscher in Berührung kommt und unter erneuter Berüh rung mit dem -#Värineaustauseher in den Raum zurüekgedrüekt wird.
Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zeichnet sich gemäss der Erfindung aus durch mindestens eine Kammer periodisch veränderbaren Volumens, an deren Ausgang mindestens ein Wärmeaustauscher derart an geordnet ist, dass das die Kammer verlassende und in diese einströmende Medium mit dem Wärmeaustauscher in Berührung gelangt.
Verfahren und Vorrichtung sollen anschlie ssend anhand der beiliegenden Zeichnung bei spielsweise näher erläutert werden. Es zeigen: Fig.1 eine perspektivische Darstellung eines Ausfühiuingsbeispiels einer erfindungs gemässen Vorrichtung in schematischer Wie dergabe, Fig. 2 eine Seitenansicht eines andern Aus führungsbeispiels der Vorrichtung, Fig. 3 eine Seitenansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels, mit einer Feder.
Die Vorrichtung zum Wärmeaustausch nach Fig. 1 weist angenähert die Form eines Sektors eines Hohlzylinders auf, welcher die beiden ebenen Seitenflächen 1 und 2, die hier senkrecht aufeinanderstehen, aber auch einen andern Winkel einschliessen können, besitzt. Die beiden Seitenwände 1 und 2 bilden längs ihrer gedachten gemeinsamen Kante eine Mulde 3, die als Drehlager für eine Welle 1 dient, die koaxial zur Zylinderachse verläuft. Ein Teil 5 eines Zylindermantels verbindet die radial aussen gelegenen Enden der Sei tenwände 1 und 2 über je einen Wärmeaustau- scher 7 bzw. B.
Der Hohlzylindersektor ist beidseitig durch je eine sektorförmigeStirn- wand (nicht. gezeichnet) abgeschlossen.
In der Mulde 3 ist eine an der Welle -1 befestigte radiale Querwand 6 um die Zylin derachse schwenkbar gelagert. Mit der Welle ist ein geeigneter Antrieb (nicht gezeichnet) verbunden, welcher eine hin und her gehende Schwingbewegung der Querwand 6 verur sacht. Die Wärmeaustauscher 7, 8 enthalten je eine Reihe von Wärmeaustauschelementen 11, welche ein in ihnen zirkulierendes Medium er wärmen bzw. kühlen. In den Wärmeaus tauschelementen 11 sind beispielsweise Boh rungen vorgesehen, welche den Aussenraum mit den beiden durch die Querwand 6 getrenn ten Kammern 9 bzw. 10 verbinden.
Bei einer schwingenden Bewegung der Querwand ii wird in die Kammer 9 jeweils das in seiner Temperatur zii beeinflussende Medium aus dem Aussenrauen hineingesaugt, vorbei an den Wärmeaustauschelementen 11 und an schliessend wieder aus der Kammer 9 in den Aussenraum zurückbefördert, vorbei an den gleichen Wärmeaustausehelementen 11, aber nunmehr in Gegenrichtung. Die zweite Kam mer 10 arbeitet in gleicher Weise, aber im Cxegentakt, da eine Volumenverkleinerung der Kammer 9 eine gleichzeitige Volumenvergrösse rung der Kammer 10 zur Folge hat und um gekehrt.
Da. beim Ausstossen des Mediums aus den Kammern 9, 10 dieses infolge seiner kine tischen Energie einen weiten Weg zurücklegt und beim Ansaugen nur das in der Nähe der Wärmeaustauscher 7 bzw. 8 befindliche Me dium erfasst wird, erfolgt eine gute Durch misehung des z. B. warmen und kalten Me diums; anderseits gelangen sehr bald sämt liche Teile des im Aussenrahm befindlichen Mediums in eine der Kammern 9 bzw. 10.
Bei dem Antrieb der Querwand 6 ist es zweckmässig, an den Umkehrstellen der Welle 4 geeignete Federmittel vorzusehen, uni eine Speicherung und Wiederverwertung der Ab bremsenergie der Querwand 6 beim Richtungs wechsel zu ermöglichen; dies ist weiter hinten bei der Beschreibung des Ausführungsbeispiel. nach Fig. 3 näher erläutert.
Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 zeigt eine ähnliche Vorrichtung mit einem Hohl zvlindersektor, der aus den Seitenwänden 12 und 13 und dem Zylindermantelabsehnitt 14 be steht, aus welchem Hohlzylindersektor sich die Querwand 15 befindet.
An den Verbindungs stellen zwischen dem Zylindermantelabschnitt 14 und den Seitenwänden 12 bzw. 13 befinden sieh wie bei der Vorrichtung gemäss Fig.1 Wärmeaustausehelemente 21, die Öffnungen 2? zum Durchtritt des zu erwärmenden bzw. zu kühlenden Mediums besitzen, sowie Kanäle 23 zur Durchleitung des die Wärme für die Wärmeaustauseher 21 transportierenden Me diums. Die Querwand 15 besteht hier aus federndem Material und ist längs der Zylin derachse zwischen den Flanschen 16 lind 1.7 der Seitenwände 12 bzw. 13 fest eingespannt.
Diese federnde Querwand 15 wird in ihrer mechanischen Resonanzfrequenz entsprechend abgestimmt, beispielsweise auf 16 Hz. An der Querwand 15 ist ein Weieheisenanker 18 an gebracht, der beidseitig der Querwand 15 in je einen Spulenkörper 19 ragt. Bei abweells- lungsweiser Erregung der Spulenkörper 19 mit der Resonanzfrequenz der Querwand 15 wird diese sehr schnell in starke Sehwingun versetzt, so dass, wie oben ausgeführt., das Medium aus dem Aussenraum angesaugt und in diesen zuriiekgedi@üekt wird.
Fig. 3 zeigt einen Ausschnitt aus einer Ausführungsform, ähnlich Fig. 1, wobei jedocln die Querwand 26 durch ein spiralförmig aus gebildetes Band 25 aus metallischem Feder material gehalten wird. Das Band 25 ist. i111 Zentrum des Hohlzvlindersektors an einer stationären Welle 28 befestigt. Wird die Quer wand 26 beispielsweise diweh einen wie in Fig.2 gezeigten Antrieb bewegt, so wird die Feder 2.5 z.
B. angezogen und unterstützt die nächstfol"ende Bewegung der Wand 26 in der Gregenriehtung, so dass eine gute Ener- gieausnützung erreicht wird.
Die beschriebenen Ausführungsbeispiele sind zwar vorzugsweise zur Klimatisier#Ling, also Abkühlung undloder Erwärmung von Raumluft bestimmt, können aber auch für andere gasförmige Medien für industrielle Zwecke benützt werden.
Method and device for heat exchange The present invention relates to a method for exchanging heat between a compressible medium located in a room and at least one stationary heat exchanger; the invention further relates to an apparatus for performing this method.
In stationary heat exchangers to influence the temperature of a limited amount of a medium, z. B. to heat the air in a certain room, heat transfer from the heat exchanger to the air is known to be unfavorable if there are no special precautions for air circulation in the room concerned. For this reason, the heat exchanger is often assembled with a fan or other means are provided in order to achieve an air flow through the heat exchanger.
The air flows in the process. of course, always in one direction past the heat exchanger, so that a cycle is created.
The present invention aims to further improve the efficiency of stationary heat exchangers.
The method according to the present invention is characterized in that the medium is sucked in cyclically from the room, it comes into contact with the heat exchanger and is pushed back into the room with renewed contact with the varineal exchanger.
The device for carrying out the method is characterized according to the invention by at least one chamber of periodically variable volume, at the outlet of which at least one heat exchanger is arranged in such a way that the medium leaving the chamber and flowing into it comes into contact with the heat exchanger.
The method and device will then be explained in more detail with the aid of the accompanying drawing, for example. 1 shows a perspective illustration of an exemplary embodiment of a device according to the invention in a schematic representation, FIG. 2 shows a side view of another exemplary embodiment of the device, FIG. 3 shows a side view of a further exemplary embodiment with a spring.
The device for heat exchange according to FIG. 1 has approximately the shape of a sector of a hollow cylinder which has the two flat side surfaces 1 and 2, which here are perpendicular to one another, but can also include a different angle. The two side walls 1 and 2 form, along their imaginary common edge, a trough 3 which serves as a rotary bearing for a shaft 1 which runs coaxially to the cylinder axis. A part 5 of a cylinder jacket connects the radially outer ends of the side walls 1 and 2 via a heat exchanger 7 or B.
The hollow cylinder sector is closed on both sides by a sector-shaped end wall (not shown).
In the trough 3 a fixed to the shaft -1 radial transverse wall 6 is pivotally mounted about the Zylin derachse. A suitable drive (not shown) is connected to the shaft, which gently causes a reciprocating oscillating movement of the transverse wall 6. The heat exchangers 7, 8 each contain a number of heat exchange elements 11, which heat or cool a medium circulating in them. In the Wärmeaus exchange elements 11, for example, bores are provided which connect the outside space with the two chambers 9 and 10 separated by the transverse wall 6.
With an oscillating movement of the transverse wall ii, the medium influencing its temperature zii is sucked into the chamber 9 from the outside, past the heat exchange elements 11 and then back out of the chamber 9 into the outside space, past the same heat exchange elements 11, but now in the opposite direction. The second Kam mer 10 works in the same way, but in Cxegentakt, since a reduction in volume of the chamber 9 results in a simultaneous volume enlargement of the chamber 10 and vice versa.
There. when ejecting the medium from the chambers 9, 10 this covers a long way as a result of its kinetic energy and only the medium located in the vicinity of the heat exchanger 7 or 8 is detected when sucking, a good misehung of the z. B. hot and cold media; on the other hand, all parts of the medium located in the outer frame very soon get into one of the chambers 9 or 10.
When driving the transverse wall 6, it is expedient to provide suitable spring means at the reversal points of the shaft 4 to enable storage and recycling of the braking energy from the transverse wall 6 when changing direction; this is further below in the description of the exemplary embodiment. according to Fig. 3 explained in more detail.
The embodiment of Fig. 2 shows a similar device with a hollow zvlindersektor, which is from the side walls 12 and 13 and the cylinder jacket section 14 BE, from which hollow cylinder sector the transverse wall 15 is located.
At the connection points between the cylinder jacket section 14 and the side walls 12 and 13 are located as in the device according to Figure 1 heat exchange elements 21, the openings 2? have for the passage of the medium to be heated or cooled, and channels 23 for the passage of the heat for the heat exchangers 21 transporting Me. The transverse wall 15 here consists of resilient material and is firmly clamped along the Zylin derachse between the flanges 16 and 1.7 of the side walls 12 and 13, respectively.
This resilient transverse wall 15 is appropriately tuned in its mechanical resonance frequency, for example to 16 Hz. A cast iron anchor 18 is attached to the transverse wall 15 and protrudes into a coil former 19 on both sides of the transverse wall 15. When the coil formers 19 are excited at the resonance frequency of the transverse wall 15 in a divergent manner, the transverse wall 15 is rapidly exposed to strong visual oscillations, so that, as explained above, the medium is sucked in from the outside space and is returned to it.
Fig. 3 shows a detail from an embodiment, similar to FIG. 1, each of which the transverse wall 26 is held by a spiral formed from band 25 made of metallic spring material. The band 25 is. i111 Center of the hollow cylinder sector attached to a stationary shaft 28. If the transverse wall 26 is moved, for example, a drive as shown in Figure 2, the spring 2.5 z.
B. attracted and supports the next movement of the wall 26 in the Gregenrihtung, so that a good energy utilization is achieved.
The exemplary embodiments described are preferably intended for air conditioning, that is to say cooling and / or heating room air, but can also be used for other gaseous media for industrial purposes.