CH632061A5

CH632061A5 - Heat recovery appliance

Info

Publication number: CH632061A5
Application number: CH407678A
Authority: CH
Inventors: Johannes Kirchmeier
Original assignee: Johannes Kirchmeier
Priority date: 1977-04-19
Filing date: 1978-04-17
Publication date: 1982-09-15
Also published as: DE2717203A1; DE2717203B2; FR2388239A1; FR2388239B3; ATA269978A; AT360133B

Description

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine wärmerückgewinnende Vorrichtung zu schaffen, die eine gedrungene Bauform hat, so dass sie z. B. in die Klimaanlage eines Wohnhauses eingebaut werden kann, sich preisgünstig herstellen lässt, geräuscharm und energiesparend mit hohen Drücken und einem unter allen Umständen konstanten Lufttransport arbeitet, einen optimalen, ebenfalls konstanten Wärmerückgewinn vermittelt und zahlreiche Varianten hinsichtlich des Wärmerückgewinnungsgrades und der Art des Antriebes des Wärmeübertragungselementes gestattet.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass das Radialschaufelrad koaxial innerhalb oder ausserhalb eines Kapillarlaufrades angeordnet und von diesem unabhängig drehbar gelagert ist. Auf diese Weise werden ein Radialschaufelrad und ein als Kapillarlaufrad gestaltetes Wärmeübertragungselement zu einer konzentrischen, wärmerückgewinnenden Einheit kombiniert, die eine gedrungene Bauform hat und mit hohem Wärmerückgewinn arbeitet. Letzteres ist darauf zurückzuführen, dass der Luftstrom des Radialschaufelrades unmittelbar ohne Umlenkung durch das Kapillarlaufrad hindurchtritt, so dass immer sein voller Querschnitt kraftvoll durchströmt und ein Optimum an Wärme aus dem Wärmeübertragungselement mitgerissen wird. Es kann ein kleinporiges Kapillarlaufrad mit hohen Wärmespeichereigenschaften verwendet werden, und die Leistung und Art des Radialschaufelrades können in Anpassung an den Einsatzzweck der Vorrichtung beliebig gewählt werden. Die Leistungsaufnahme des einzigen Radialschaufelrades ist gering. Sowohl das Radialschaufelrad als das Kapillarlaufrad arbeiten praktisch ohne störende Laufgeräusche. Da der Lufttransport unabhängig von Wind- oder Zugerscheinungen konstant ist, ergibt sich auch ein konstanter Wärmerückgewinn, wodurch die Vorrichtung in Verbindung mit ihrer Kleinheit für den Einbau in Klimaanlagen sehr gut geeignet ist. Zur Regulierung des Wärmerückgewinns wird einfach die Drehung des Kapillarlaufrades verlangsamt oder stillgesetzt bzw. beschleunigt. Entsprechend arbeitet die wärmerückgewinnende Vorrichtung nur als Ventilator oder mit Wärmerückgewinn . Eine solche Regelbarkeit kann beispielsweise bei Räumen wünschenswert sein, in denen sich zeitweise sehr viele oder nur wenige Menschen befinden.

Das Radialschaufelrad und das Kapillarlaufrad können sich gleichsinnig oder gegensinnig drehen. Ferner ist es möglich, dass die beiden Räder mit gleicher oder mit unterschiedlicher Drehzahl rotieren. Es hat sich gezeigt, dass der Wärmerückgewinn grösser ist, wenn das Kapillarlaufrad sich schneller dreht als das Radialschaufelrad.

Der Antrieb des Kapillarlaufrades und des Radialschaufelrades kann von einem gemeinsamen Antriebsmotor abgeleitet sein. Vorteilhaft ist hierbei das äussere Rad auf Kugeln frei drehbar gelagert, während das innere Rad an den Antriebsmotor

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angeschlossen ist. Gegebenenfalls kann eines der Räder abgebremst sein.

In zweckmässiger Ausgestaltung der Erfindung sind das Kapillarlaufrad und das koaxial zu diesem vorgesehene Radialschaufelrad in einem Gehäuse mit axial gerichtetem Ablufteinlass und Aussenlufteinlass und einander radial gegenüberliegenden Fortluftauslass und Zuluftauslass angeordnet. Diese Ausbildung ist insbesondere für grosse Räume geeignet, weil sich in dem Spiralgehäuse grosse Drücke aufbauen.

Das Kapillarlaufrad und das koaxial vorgesehene Radialschaufelrad können auch vorteilhaft in einem Gehäuse mit axial gerichtetem Ablufteinlass und Aussenlufteinlass mit quer zu den Fortluft- und Zuluftströmen verlaufenden Rotationsachsen in diesen beiden Luftströmen angeordnet sein. Die Kanäle der Abluft- und Aussenlufteinlässe des Gehäuses sind dabei zweckmässig parallel zu den Kanälen der Fortluft- und Zuluftauslässe vorgesehen und das Kapillarlaufrad und das Radialschaufelrad sind mit querverlaufenden Rotationsachsen in dem Kanal der Fortluft- und Zuluftauslässe gegenüber einer Zwischenwandöffnung angeordnet. Das Gehäuse lässt sich einfach und preiswert aus zwei parallelen Rohren herstellen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Ansicht des Inneren einer Vorrichtung mit Spiralgehäuse;

Fig. 2 einen schematischen Schnitt der Anordnung nach Fig. 1;

Fig. 3 eine schematische Ansicht des Inneren einer weiteren Ausführungsform einer wärmerückgewinnenden Vorrichtung;

Fig. 4 einen schematischen Schnitt der Anordnung nach Fig. 3.

In einem Gehäuse 1 aus Blech oder Kunststoff ist ein Kapillarlaufrad 2 drehbar gelagert. Das Kapillarlaufrad 2 ist als Ring ausgebildet, dessen Wand aufgrund geeigneter innerer Struktur luftdurchlässig und in der Lage ist, als Speichermasse für den Wärmetausch zwischen zwei Luftströmen unterschiedlicher Temperatur zu dienen. Das Kapillarlaufrad kann beispielsweise als Faserkranzläufer aufgebaut sein oder aus grossporigem Schaumstoff od. dgl. bestehen. Bei dem Beispiel der Fig. 1 und 2 ist koaxial innerhalb des Kapillarlaufrades 2 ein Radialschaufelrad 3 ebenfalls drehbar vorgesehen. In den freien inneren Ringraum ist eine Trennscheibe 4 aus geeignetem Material eingesetzt. Diese Trennscheibe 4 ist in dem Kapillarlaufradin-nenraum im wesentlichen unbeweglich vorgesehen und teilt den Innenraum in zwei Kammern 5 und 6 auf, wodurch eine Trennung der axial angesaugten Abluft- und Ausseniuftströme erfolgt. Der Abluftstrom tritt in die Kammer 6 ein, während der Aussenluftstrom in die Kammer 5 gelangt. Zusätzlich zu der durch die Trennscheibe 4 zweiteiligen axialen Ansaugöffnung weist das Gehäuse zwei Ausblasöffnungen auf. Diese liegen sich radial gegenüber und aus der Ausblasöffnung 7 tritt Zuluft aus, während die Ausblasöffnung 8 zum Auslass von Fortluft bestimmt ist.

Das Kapillarlaufrad 2 und das Radialschaufelrad 3 können einen gemeinsamen Antrieb aufweisen. In diesem Falle kann beispielsweise das Radialschaufelrad 3 direkt angetrieben sein, und es kann das Kapillarlaufrad 2 frei drehbar auf Kugeln gelagert sein, so dass es durch den von dem Radialschaufelrad 3 erzeugten Luftstrom in Drehung versetzt wird. Gegebenenfalls kann seine Geschwindigkeit auf geeignete Weise abgebremst werden, um einen besseren Wärmeaustausch zu erreichen. In Abhängigkeit von der gewählten Antriebsart können sich entweder die Räder 2 und 3 gleichsinnig oder auch gegensinnig bewegen. Ihre Rotationsgeschwindigkeit kann unterschiedlich oder gleich sein.

Ein wärmerer Abluftstrom A und ein kälterer Aussenluftstrom B werden von dem Radialschaufelrad 3 in die axialen Ansaugräume 5 und 6 gesaugt und radial nach aussen gegen die

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Wand des Kapillarlaufrades 2 geschleudert. Die innere Struktur des Kapillarlaufrades 2 bewirkt, dass der Kapillarlaufring als Wärmeaustauscher wirksam ist und beim Durchtritt der Abluft-und Aussenluftströme durch den Kapillarring die höhere Temperatur des Abluftstromes A auf den Aussenluftstrom B übertragen 5 wird, so dass die durch die Ausblasöffnung 7 in den zu temperierenden Raum eingelassene Zuluft C erwärmt und die aus der Ausblasöffnung 8 ins Freie ausgestossene Fortluft D abgekühlt ist. Der Wärmerückgewinnungsgrad der Zuluft C liegt über 50 %, und ausserdem wird auch eine Zurückführung von minde- 10 stens 40% der Luftfeuchte in den Raum erreicht.

Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 3 und 4 ist die Anordnung ähnlich getroffen wie bei dem Beispiel der Fig. 1 und 2. Es ist lediglich anstatt eines Gehäuses mit Spiralauslässen ein kastenartiges Gehäuse 10 vorgesehen, das im wesentlichen aus 15 zwei parallelen nebeneinanderliegenden Rohren 11 und 12, vorzugsweise viereckigen Querschnitts, aufgebautist. Die nebeneinanderliegenden, miteinander verbundenen Wände der

Rohre 11 und 12 weisen einen Kreisausschnitt 13 auf, der als Ansaugöffnung dient. Eine weitere Kreisöffnung 14, deren Durchmesser dem Aussendurchmesser des Kapillarlaufrades 2 im wesentlichen entspricht, ist auf der gegenüberliegenden Wand des Rohres 11 ausgebildet. Diese wird nach Einbau des Kapillarlaufrades und des koaxial in diesem vorgesehenen Radialschaufelrades 3 mittels einer Abdeckplatte 15 verschlossen.

Die in den axialen Ansaugraum des Kapillarlaufrades 2 und des Radialschaufelrades 3 mittig eingesetzte Trennscheibe 4 endet einerseits im Bereich eines Antriebsmotors 16 für die beiden Räder 2 und 3 und andererseits an der Aussenwand des Rohres 12. Die Abluft A und die Aussenluft B werden durch die seitlichen Öffnungen in das Rohr 12 eingesaugt, treten getrennt in den axialen Ansaugraum des Kapillarlaufrades 2 und des Schaufelrades 3 ein und verlassen nach vollzogenem Wärmeaustausch als Zuluft C und Fortluft D das Rohr 11. Die in den zu belüftenden Raum eintretende Zuluft C ist auf gleiche Weise wie zu dem Beispiel der Fig. 1 und 2 erläutert, erwärmt worden.

1 Blatt Zeichnungen

Claims

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PATENTANSPRÜCHE Faserkranzläufer od. dgl. sowohl als Wärmeübertrager als auch als Luftförderer wirksam. Diese Doppelfunktion des Wärme-

1. Wärmerückgewinnende Vorrichtung zur gleichzeitigen Be- Übertragungselementes hat zur Folge, dass nicht das maximale und Entlüftung von Räumen mit einem rotierenden Wärmeüber- Wärmespeichervermögen des Materials ausgenutzt werden tragungselement, das mit durch eine Trennwand voneinander 5 kann, weil bei der Konstruktion eines solchen Wärmeübertra-getrennten Abluft- und Aussenlufteinlässen sowie entgegenge- gungselementes ein Kompromiss geschlossen werden muss zwi-setzt gerichteten Zuluft- und Fortluftauslässen in Verbindung sehen Wärmespeichervermögen einerseits und Luftförderlei-steht und dem eine luftfördernde Radialschaufelradeinrichtung stung andererseits. Ein solcher Kompromiss zwingt immer zu zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Radialschau- gewissen Zugeständnissen bei dem einen oder anderen Faktor, felrad (3) der Radialschaufelradeinrichtung koaxial innerhalb 10 denn ein Optimum an Wärmespeicherfähigkeit geht zu Lasten oder ausserhalb eines Kapillarlaufrades (2) angeordnet und von der Förderleistung und umgekehrt. Auch sind dem Bestreben diesem unabhängig drehbar gelagert ist. nach gedrängter Bauweise des Gebläses aus diesem Grunde
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, Grenzen gesetzt, die die Einsatzmöglichkeit der wärmerückge-dass das Radialschaufelrad (3) und das Kapillarlaufrad (2) sich Winnenden Vorrichtung in der Praxis unerwünscht einschränken, gleichsinnig drehen. 15 Ausserdem ergeben sich bei dem luftfördernden Wärmeübertra-
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, gungselement Probleme bezüglich der Geräuschentwicklung, die dass das Radialschaufelrad (3) und das Kapillarlaufrad (2) sich zusätzlich bei der Konstruktion des Wärmeübertragungseiemen-gegensinnig drehen. tes berücksichtigt werden müssen und zu weiteren Einschränkun-
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn- gen entweder des Wärmerückgewinnungsgrades oder der Luft-zeichnet, dass das Radialschaufelrad (3) und das Kapillarlaufrad 20 förderleistung führen können.

(2) gleiche Drehzahlen haben. Zur Überwindung der geschilderten Problematik ist bei
5. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn- einem wärmerückgewinnenden Ventilator ein rotierender Wärzeichnet, dass das Radialschaufelrad (3) und das Kapillarlaufrad meübertragungseinsatz mit einem luftfördernden Schaufelrad (2) unterschiedliche Drehzahlen haben. kombiniert worden (DE-AS 1503559). In zueinander parallele
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, Lufteinlässe und -auslässe sind koaxial zwei feststehende Leit-dass das äussere Rad (2,3) auf Kugeln frei drehbar gelagert und schaufelanordnungen eingebaut, zwischen denen sich ein Axial-das innere Rad (2,3) an einen Antriebsmotor angeschlossen ist. Schaufelrad befindet, zwischen dessen Schaufeln ein netzartiger
7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, Wärmeübertragungseinsatz aus Metalldrahtnetz eingehängt ist, dass das Kapillarlaufrad (2) und das Radialschaufelrad (3) in der von dem sich drehenden Axialschaufelrad mitgenommen einem Spiralgehäuse (1) mit axial gerichtetem Abflusseinlass (A) 30 wird. Die axial aufeinanderfolgenden Aggregatteile befinden und Aussenlufteinlass (B) und einander radial gegenüberliegen- sich in einem zylindrischen Gehäuse, das durch eine Längs-dem Fortluftauslass (D) und Zuluftauslass (C) angeordnet sind Trennwand in einen Luftzuführkanal und einen Luftabführkanal (Fig. 1, 2). unterteiltist.InnerhalbjedesKanalessinddieLeitschaufelnder
8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, Leitschaufelanordnungen so ausgerichtet, dass das Axialgebläse dass das Kapillarlaufrad (2) und das Radialschaufelrad (3) in 35 in beiden Kanälen eine Luftströmung in zueinander entgegenge-einem Gehäuse ( 10) mit axial gerichtetem Ablufteinlass (A) und setzten Richtungen erzeugt.

Aussenlufteinlass (B) angeordnet sind, dessen Auslassquer- Da ein Axialschaufelrad nur mit geringen Drücken und sehr schnitte für den Fortluftstrom (D) bzw. den Zuluftstrom (C) im geringen Luftdurchflussmengen arbeiten kann, ist es für die wesentlichen dem Axialschnitt des Kapillarlaufrades (2) entspre- Erzeugung gegenläufiger Luftströmungen, d. h. zum Hindurch-

chen (Fig. 3, 4). 40 drücken der Luft in einer Richtung und zum Hindurchsaugen in
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, der anderen Richtung, ungeeignet. Der Wärmerückgewinn ist dass die Kanäle der Abluft- und Aussenlufteinlässe (A, B) des entsprechend gering. Es wird ausserdem dadurch verschlechtert, Gehäuses ( 10) parallel zu den Kanälen der Fortluft- und Zuluft- dass wegen der beschränkten Förderleistung des Axialgebläses auslässe (D, C) vorgesehen sind, und dass das Kapillarlaufrad (2) als Wärmeübertragungseinsatz ein sehr grossporiges netzartiges und das Radialschaufelrad (3) mit querverlaufender Rotations- 45 Gebilde verwendet werden muss, dessen Wärmespeicherfähig-achse in dem Kanal der Fortluft- und Zuluftauslässe (D, C) keit unzureichend ist.

gegenüber einer Zwischenwandöffnung (13) angeordnet sind. Ein weiterer Nachteil dieses Ventilators besteht darin, dass er so in eine Gebäudewand eingebaut werden muss, dass der

Ablufteinlass und der Zuluftauslass innen sowie der Aussenluft-

50 einlass und der Fortluftauslass aussen liegen bzw. umgekehrt, Die Erfindung betrifft eine wärmerückgewinnende Vorrichtung wodurch sich eine Windabhängigkeit des Ventilators ergibt. Der zur Be- und Entlüftung von Räumen mit einem rotierenden Ventilator arbeitet bei Windeinflüssen mit schwankender Lei-Wärmeübertragungselement, das mit durch eine Trennwand stung oder gar nicht, weil das schwache Axialgebläse, das voneinander getrennten Abluft- und Aussenlufteinlässen sowie zusätzlich durch die Leitschaufeln und den Wärmeübertragungsentgegengesetzt gerichteten Zuluft- und Fortluftauslässen in 55 einsatz beeinträchtigt ist, Druckeinwirkungen gegen die neben-Verbindung steht und dem eine luftfördernde Radialschaufelrad- einanderliegenden, in entgegengesetzter Richtung durchström-einrichtung zugeordnet ist. ten Gehäuseöffnungen nicht ausgleichen kann. Auch diese

Es ist bekannt, die Wärmeübertragungswirkung eines rotie- Schwankungen beeinträchtigen den Wärmerückgewinn. Ferner renden Wärmeübertragungselementes für die Wärmerückgewin- bedingt die axiale Aufeinanderfolge der Ventilatorbauteile eine nung aus der Abluft auszunutzen. Dabei wird angesaugter, 60 lange Bauform, die den Einbau des Ventilators erschwert,

verbrauchter, warmer Raumluft die Wärme entzogen und in den Bei einem Luftaufbereitungsventilator ist es bekannt, eine

Aussenluftbereich übertragen. Der abgesaugten Aussenluft wird leistungsstärkere Radialschaufelradeinrichtung zu verwenden die der Abluft entzogene Wärme zugeführt und diese erwärmte (DE-OS 2536297). Diese arbeitet mit zwei Radialschaufelrä-

Aussenluft wird in den zu belüftenden Raum eingeblasen. Es dem. Ein Radialschaufelrad dient dabei zur Einleitung von Luft ergibt sich ein kostensparendes Lüften durch Rückgewinnung 65 und ein zweites zur Abgabe von Luft und zwischen einem der Wärme aus der Abluft. Fortluft- und einem Zuluftauslass ist mit grossem Abstand zu den

Bei bekannten wärmerückgewinnenden Vorrichtungen (DE- Radialschaufelrädern ein umlaufendes Wärmeübertragungsele-

PS1225 808, DE-PS1776198) ist ein Kapillarlaufrad aus einem ment aus einer Scheibe einer Asbest-Wabenstruktur angeordnet.

Dieses wird von einem eigenen Motor angetrieben, so dass der Energiebedarf für die beiden Gebläse und den Wärmeübertrager bçtrâchtlich gross ist. Ferner eignet sich der Luftaufbereitungsventilator wegen der Verwendung von zwei Gebläsen und ihrer raumaufwendigen Zuordnung zu dem Wärmeübertragungselement nicht für den Einbau z. B. in ein Wohnhaus. Auch die durch die Gebläseverdoppelung verstärkten Laufgeräusche sind für den Hausgebrauch unangenehm.

Ferner ist ein Radialgebläse bekannt (CH-PS 576075), das zwecks Erhöhung der Luftleistung des Gebläses innerhalb oder ausserhalb eines Kapillarkranzes mit diesem fest verbundene Leitelemente aufweist. Es ergibt sich ein Radialgebläse mit nur einem Rotor, der aus dem Kapillarkranz und den mit diesem mitrotierenden Leitelementen besteht, die der den Kapillarkranz in radialer Richtung durchsetzenden Luftströmung einen zusätzlichen Antrieb erteilen sollen. Dieses Radialgebläse mit nur einem einzigen Rotor ist nicht als wärmerückgewinnende Vorrichtung wirksam und dient ausschliesslich der Luftförderung.