CH716035A2

CH716035A2 - Device for the recovery of energy.

Info

Publication number: CH716035A2
Application number: CH00444/19A
Authority: CH
Inventors: Simic Dragan
Original assignee: Simic Dragan
Priority date: 2019-04-02
Filing date: 2019-04-02
Publication date: 2020-10-15

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Rückgewinnung von Energie aus einer zumindest teilweise künstlich erzeugten Luftströmung. Die Vorrichtung umfasst ein Gebläse zur Erzeugung der Luftströmung, einen Generator (20) zur Erzeugung von elektrischer Energie und ein Flügelrad (30), das um eine Drehachse (31) drehbar gelagert ist. Das Flügelrad (30) ist mit dem Generator (20) in Wirkverbindung. Das Flügelrad (30) ist derart in der Luftströmung angeordnet, dass dieses durch die Luftströmung in eine Rotation um die Drehachse (31) versetzbar ist.The present invention relates to a device and a method for recovering energy from an at least partially artificially generated air flow. The device comprises a fan for generating the air flow, a generator (20) for generating electrical energy and an impeller (30) which is rotatably mounted about an axis of rotation (31). The impeller (30) is in operative connection with the generator (20). The impeller (30) is arranged in the air flow in such a way that it can be set into rotation about the axis of rotation (31) by the air flow.

Description

[0001] Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Rückgewinnung von Energie aus einer zumindest teilweise künstlichen Luftströmung. The present invention relates to an apparatus and a method for recovering energy from an at least partially artificial air flow.

[0002] Aus dem Stand der Technik sind Lüftungssysteme, insbesondere Gebäudelüftungen, bekannt. Diese Systeme sind oft im Wesentlichen zweiteilig ausgebildet und weisen einen Zuluftkanal und einen Abluftkanal auf. Über den Zuluftkanal wird frische Aussenluft in ein Gebäude gefördert und über den Abluftkanal wird die sich im Gebäude befindliche Luft nach aussen abgeführt, mit anderen Worten, in die Umwelt oder die Umgebung entlassen. Innerhalb solcher Lüftungssysteme wird mit einem Gebläse eine Luftströmung erzeugt. Typischerweise ist sowohl im Zuluftkanal als auch im Abluftkanal ein Gebläse vorgesehen. In einem geschlossenen System ist diese Luftströmung somit künstlich erzeugt. In Realität wird diese Luftströmung durch die Ausgestaltung der Lüftungssysteme und der Gebäude, in denen sich diese Lüftungssysteme befinden und die durch diese Lüftungssysteme belüftet werden, beeinflusst. So kann beispielsweise durch offene Türen Luft in das System gelangen. Druckunterschiede und thermische Effekte können ebenfalls einen Einfluss auf die Luftströmung haben, so dass diese nicht allein durch die jeweiligen Gebläse verursacht wird. [0002] Ventilation systems, in particular building ventilation systems, are known from the prior art. These systems are often essentially designed in two parts and have an air inlet duct and an air outlet duct. Fresh outside air is conveyed into a building via the supply air duct and the air in the building is discharged to the outside via the exhaust air duct, in other words, released into the environment or the surrounding area. A fan is used to generate an air flow within such ventilation systems. A fan is typically provided in both the supply air duct and the exhaust air duct. In a closed system, this air flow is created artificially. In reality, this air flow is influenced by the design of the ventilation systems and the buildings in which these ventilation systems are located and which are ventilated by these ventilation systems. For example, air can get into the system through open doors. Differences in pressure and thermal effects can also have an influence on the air flow, so that this is not caused by the respective fan alone.

[0003] Sowohl der Zuluftkanal als auch der Abluftkanal als auch das Gebäude selbst, respektive das Innere des Gebäudes, durch das die Luft strömt, weisen je einen Strömungswiderstand auf. Dieser Strömungswiderstand führt zu einem Druckverlust. Bei der Auslegung eines Lüftungssystems müssen diese Verluste berücksichtigt werden. Zudem ist bei der Auslegung eines Lüftungssystems die Eigendynamik des Gebäudes noch nicht bekannt. Beispielsweise ist offen, ob und wieviel nicht-künstliche Strömung erzeugt wird. Da somit nicht alle Parameter bekannt sind, werden Lüftungssysteme typischerweise so ausgelegt, dass sie etwas überdimensioniert sind. Typischerweise beträgt diese Überdimensionierung 10% bis 20%. Während des ordnungsgemässen Einsatzes der jeweiligen Lüftungssysteme bleibt dieser Überschuss ungenutzt. Dies führt zu höheren Kosten und zu einem schlechteren Wirkungsgrad als ohne Überdimensionierung möglich wäre. Both the supply air duct and the exhaust air duct and the building itself, or the interior of the building through which the air flows, each have a flow resistance. This flow resistance leads to a pressure loss. These losses must be considered when designing a ventilation system. In addition, when designing a ventilation system, the building's own dynamics are not yet known. For example, it is unclear whether and how much non-artificial flow is generated. Since not all parameters are known, ventilation systems are typically designed in such a way that they are somewhat oversized. Typically this oversizing is 10% to 20%. This excess remains unused during the proper use of the respective ventilation systems. This leads to higher costs and poorer efficiency than would be possible without oversizing.

[0004] Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung und ein Verfahren zu schaffen, welche es ermöglichen, den Wirkungsgrad eines Lüftungssystems zu verbessern und die Kosten zu reduzieren. The object of the invention is therefore to create a device and a method which make it possible to improve the efficiency of a ventilation system and to reduce costs.

[0005] Diese Aufgabe wird durch die in den unabhängigen Patentansprüchen definierten Vorrichtungen und Verfahren gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen. [0005] This object is achieved by the devices and methods defined in the independent patent claims. Further advantageous embodiments emerge from the dependent claims.

[0006] Das Wesen der Erfindung besteht darin, dass eine Vorrichtung zur Rückgewinnung von Energie aus einer zumindest teilweise künstlich erzeugten Luftströmung ein Gebläse zur Erzeugung der Luftströmung, einen Generator zur Erzeugung von elektrischer Energie und ein Flügelrad, das um eine Drehachse drehbar gelagert ist, umfasst. Das Flügelrad ist mit dem Generator in Wirkverbindung. Das Flügelrad ist derart in der Luftströmung angeordnet, dass es durch die Luftströmung in eine Rotation um die Drehachse versetzbar ist. The essence of the invention is that a device for recovering energy from an at least partially artificially generated air flow, a fan for generating the air flow, a generator for generating electrical energy and an impeller which is rotatably mounted about an axis of rotation, includes. The impeller is in operative connection with the generator. The impeller is arranged in the air flow in such a way that it can be set into rotation about the axis of rotation by the air flow.

[0007] Das Anordnen des Flügelrads in der Luftströmung ermöglicht ein Antreiben des Generators durch das Flügelrad. Im Generator wird dadurch ein elektrischer Strom erzeugt, der für weitere Verbraucher zur Verfügung steht. Durch das Antreiben des Flügelrads wird der Luftströmung ein Teil der darin enthaltenen Energie entzogen. Mit anderen Worten, ein Teil der Energie, die zur Erzeugung der Luftströmung benötigt wurde, kann zurückgewonnen werden. Placing the impeller in the air flow enables the generator to be driven by the impeller. This creates an electrical current in the generator that is available for other consumers. By driving the impeller some of the energy contained in it is withdrawn from the air flow. In other words, some of the energy that was needed to create the air flow can be recovered.

[0008] Eine derartige Anordnung eines Flügelrads, das mit einem zugeordneten Generator in Wirkverbindung ist, ermöglicht es, beispielsweise in Lüftungssystemen, die zu einem gewissen Grad überdimensioniert wurden, einen Teil der Energie zurückzugewinnen und entsprechend zumindest einen Teil der Energie, der nicht zum Betrieb der Anlage gebraucht wird, in das System zurückzuführen. Der Wirkungsgrad des Lüftungssystems kann entsprechend erhöht werden. Such an arrangement of an impeller which is operatively connected to an associated generator makes it possible, for example in ventilation systems that have been oversized to a certain extent, to recover part of the energy and, accordingly, at least part of the energy that is not required for operation the system is needed to be fed back into the system. The efficiency of the ventilation system can be increased accordingly.

[0009] Das Flügelrad kann beispielsweise als Propeller, Impeller, Axialturbine oder Radialturbine ausgebildet sein. The impeller can for example be designed as a propeller, impeller, axial turbine or radial turbine.

[0010] Dies ermöglicht es, ein Flügelrad einzusetzen, welches den entsprechenden Anforderungen, insbesondere den entsprechenden Strömungsgeschwindigkeiten der Luftströmung, angepasst ist. This makes it possible to use an impeller which is adapted to the corresponding requirements, in particular the corresponding flow velocities of the air flow.

[0011] Die Wirkverbindung zwischen dem Flügelrad und dem Generator kann starr oder flexibel ausgebildet sein. Dabei kann beispielsweise vorgesehen sein, dass das Flügelrad mit einer Kardanwelle mit dem Generator verbunden ist. Alternativ ist es auch möglich, das Flügelrad mittels einer flexiblen oder biegsamen Antriebswelle mit dem Generator zu verbinden. Andere Verbindungsarten sind ebenfalls denkbar. The operative connection between the impeller and the generator can be rigid or flexible. It can be provided, for example, that the impeller is connected to the generator by a cardan shaft. Alternatively, it is also possible to connect the impeller to the generator by means of a flexible or pliable drive shaft. Other types of connection are also conceivable.

[0012] Die Rotation des Flügelrads erzeugt ein Drehmoment, welches über die jeweilige Wirkverbindung an den Generator übertragen wird und somit den Generator antreibt. Zudem ermöglicht eine derartige Konfiguration, dass der Generator und das Flügelrad räumlich getrennt angeordnet werden können. So ist es beispielsweise möglich, dass Flügelrad innerhalb eines bestehenden Lüftungskanals oder innerhalb eines Gehäuses anzuordnen und den Generator ausserhalb dieses Lüftungskanals respektive des Gehäuses. Der Generator verursacht auf diese Weise keinen zusätzlichen Strömungswiderstand. The rotation of the impeller generates a torque which is transmitted to the generator via the respective operative connection and thus drives the generator. In addition, such a configuration enables the generator and the impeller to be arranged spatially separately. For example, it is possible to arrange the impeller inside an existing ventilation duct or inside a housing and the generator outside this ventilation duct or the housing. In this way, the generator does not cause any additional flow resistance.

[0013] Zudem ist es vorstellbar, das Flügelrad und den Generator mit einer schaltbaren Kupplung zu verbinden. Durch eine schaltbare Kupplung kann das Flügelrad vom Generator entkoppelt werden und im Wesentlichen frei rotieren. Ist der Überschuss an Energie in bestimmten Betriebszuständen der Lüftungsanlage gering, kann durch das Entkoppeln der Widerstand des Flügelrads reduziert werden, so dass die Luftströmung lediglich noch eine geringe Beeinflussung erfährt. In addition, it is conceivable to connect the impeller and the generator with a switchable coupling. A switchable coupling allows the impeller to be decoupled from the generator and essentially rotate freely. If the excess of energy is low in certain operating states of the ventilation system, the resistance of the impeller can be reduced by decoupling, so that the air flow is only slightly affected.

[0014] Der Generator kann einen Stator und einen Rotor aufweisen und das Flügelrad kann insbesondere direkt am Rotor angeordnet sein. The generator can have a stator and a rotor and the impeller can in particular be arranged directly on the rotor.

[0015] Dies ermöglicht es, auf aufwändige Verbindungen zwischen dem Flügelrad und dem Generator zu verzichten und das Drehmoment, hervorgerufen durch die Rotation des Flügelrads, direkt auf den Generator zu übertragen. This makes it possible to dispense with complex connections between the impeller and the generator and to transmit the torque caused by the rotation of the impeller directly to the generator.

[0016] Vorzugsweise umfasst die erfindungsgemässe Vorrichtung zumindest einen Lüftungskanal zum Führen der Luftströmung, wobei der Lüftungskanal zumindest eine Einströmöffnung und eine Ausströmöffnung aufweist. [0016] The device according to the invention preferably comprises at least one ventilation duct for guiding the air flow, the ventilation duct having at least one inflow opening and one outflow opening.

[0017] Dadurch kann die Luftströmung zielgenau geführt werden, so dass das Flügelrad wie gewünscht mit der Luftströmung beaufschlagt wird. As a result, the air flow can be guided precisely so that the air flow is applied to the impeller as desired.

[0018] Bei einer vorteilhaften Ausführungsvariante ist das Flügelrad innerhalb des Lüftungskanals angeordnet. In an advantageous embodiment, the impeller is arranged within the ventilation duct.

[0019] Dies stellt sicher, dass die gesamte im Lüftungskanal vorhandene Luftströmung am Flügelrad vorbeigeführt wird und die Verluste entsprechend gering gehalten werden können. This ensures that the entire air flow present in the ventilation duct is guided past the impeller and the losses can be kept correspondingly low.

[0020] Bei einer alternativen vorteilhaften Ausführungsvariante ist das Flügelrad im Bereich der Ausströmöffnung ausserhalb des Lüftungskanals angeordnet. In an alternative advantageous embodiment, the impeller is arranged in the area of the outflow opening outside the ventilation duct.

[0021] Dies ermöglicht ein einfaches Nachrüsten von bestehenden Lüftungssystemen. Zudem wird auf diese Weise verhindert, dass der Luftströmung innerhalb des Lüftungskanals ein zusätzlicher Widerstand entgegengesetzt wird, der die Lüftungsleistung beeinträchtigt. This enables existing ventilation systems to be easily retrofitted. In addition, in this way it is prevented that the air flow within the ventilation duct is opposed to an additional resistance which impairs the ventilation performance.

[0022] Bei einer vorteilhaften Ausführungsvariante ist das Flügelrad in einem Gehäuse angeordnet. Das Gehäuse kann eine Koppelstelle mit einem ersten Querschnitt aufweisen. Der Querschnitt des Gehäuses kann sich von der Koppelstelle in Strömungsrichtung zum Flügelrad hin verengen. In an advantageous embodiment, the impeller is arranged in a housing. The housing can have a coupling point with a first cross section. The cross section of the housing can narrow from the coupling point in the direction of flow towards the impeller.

[0023] Eine Verengung eines Querschnitts in einem Strömungssystem hat innerhalb der Verengung eine Erhöhung der Luftgeschwindigkeit bzw. der Strömungsgeschwindigkeit zur Folge. Durch die erhöhte Luftgeschwindigkeit bzw. Strömungsgeschwindigkeit ist der Einfluss der Strömung auf das Flügelrad höher, ein höheres Drehmoment wird erzeugt und der Wirkungsgrad verbessert sich. Im Allgemeinen wird bei einer doppelten Luftströmungsgeschwindigkeit eine achtfache Wirkleistung erzielt, d. h. die Wirkleistung ist proportional zur Luftströmungsgeschwindigkeit im Kubik. A constriction of a cross section in a flow system results in an increase in the air speed or the flow speed within the constriction. Due to the increased air speed or flow speed, the influence of the flow on the impeller is higher, a higher torque is generated and the efficiency improves. In general, eight times the real power is achieved at twice the air flow speed, i.e. H. the real power is proportional to the air flow velocity in cubic.

[0024] Die Koppelstelle ermöglicht es, eine Schnittstelle zu einer bestehenden Anlage bereitzustellen. Dadurch kann das Flügelrad mit seinem Gehäuse einfach in eine bestehende Anlage integriert werden. The coupling point makes it possible to provide an interface to an existing system. This allows the impeller with its housing to be easily integrated into an existing system.

[0025] Die erfindungsgemässe Vorrichtung weist bei einer vorteilhaften Ausführungsvariante zumindest ein weiteres Flügelrad und einen diesem zugeordneten weiteren Generator auf. Vorzugsweise weist die Vorrichtung zwei, drei, vier oder mehr Flügelräder und entsprechend zugeordnete Generatoren auf. In an advantageous embodiment variant, the device according to the invention has at least one further impeller and a further generator assigned to it. The device preferably has two, three, four or more impellers and correspondingly assigned generators.

[0026] Dadurch kann die Luftströmung mehrfach und auch an unterschiedlichen Stellen der Vorrichtung in elektrische Energie umgewandelt werden. As a result, the air flow can be converted into electrical energy several times and also at different points on the device.

[0027] Es ist möglich, das Flügelrad sowohl im Zuluftkanal als auch im oder nach dem Abluftkanal anzuordnen, je nachdem wo ein Überschuss an Strömungsenergie vorhanden ist. Es ist ebenso vorstellbar, mehrere Flügelräder an unterschiedlichen Stellen im Zuluftkanal oder im oder nach dem Abluftkanal anzuordnen. Unterschiedlichste Kombinationen sind möglich. It is possible to arrange the impeller both in the supply air duct and in or after the exhaust air duct, depending on where there is an excess of flow energy. It is also conceivable to arrange several impellers at different points in the supply air duct or in or after the exhaust air duct. A wide variety of combinations are possible.

[0028] Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Lüftungsanlage, die eine Vorrichtung wie vorliegend beschrieben umfasst. Dadurch kann ein Komplettsystem bereitgestellt werden, welches hinsichtlich seines Wirkungsgrads optimiert ist. So kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die Lüftungsanlage je nach Betriebszustand mit oder ohne eine entsprechende Vorrichtung zur Rückgewinnung von Energie betrieben wird. Insbesondere kann das Flügelrad ausgekoppelt oder aus der Luftströmung entfernt werden. So kann beispielsweise vorgesehen sein, dass erst bei einem Überschuss an Strömungsenergie von mehr als 5% das Flügelrad zur Rückgewinnung von Energie in Betrieb genommen wird. Another aspect of the invention relates to a ventilation system which comprises a device as described here. As a result, a complete system can be provided which is optimized in terms of its efficiency. For example, it can be provided that the ventilation system is operated with or without a corresponding device for recovering energy, depending on the operating state. In particular, the impeller can be decoupled or removed from the air flow. For example, it can be provided that the impeller is only put into operation when there is an excess of flow energy of more than 5% to recover energy.

[0029] Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Rückgewinnung von Energie aus einer zumindest teilweise künstlich erzeugten Luftströmung. Das Verfahren wird insbesondere mit einer Vorrichtung wie vorliegend beschrieben durchgeführt. Die Luftströmung wird mit einem Gebläse erzeugt. Ein um eine Drehachse drehbares Flügelrad wird in der Luftströmung angeordnet und durch die Luftströmung in Rotation um die Drehachse versetzt. Das Flügelrad treibt einen Generator zur Erzeugung von elektrischer Energie an. Another aspect of the invention relates to a method for recovering energy from an at least partially artificially generated air flow. The method is carried out in particular with a device as described here. The air flow is generated with a fan. An impeller rotatable about an axis of rotation is arranged in the air flow and is set in rotation about the axis of rotation by the air flow. The impeller drives a generator to generate electrical energy.

[0030] Dadurch kann insbesondere überschüssige Strömungsenergie in elektrische Energie umgewandelt werden und entsprechend der Luftströmung entzogen werden. Dies erlaubt es, den Gesamtwirkungsgrad einer Anlage, insbesondere eines Lüftungssystems oder einer Lüftungsanlage, zu verbessern. In this way, in particular, excess flow energy can be converted into electrical energy and accordingly withdrawn from the air flow. This makes it possible to improve the overall efficiency of a system, in particular a ventilation system or a ventilation system.

[0031] Im Folgenden wird die erfindungsgemässe Vorrichtung zur Rückgewinnung von Energie unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen anhand von Ausführungsbeispielen detaillierter beschrieben. Es zeigen: <tb>Fig. 1<SEP>- schematisch den Aufbau einer Lüftungsanlage; <tb>Fig. 2<SEP>- einen Abluftkanal mit einem ersten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen Vorrichtung zur Rückgewinnung von Energie; <tb>Fig. 3<SEP>- eine perspektivische Detailansicht aus der Fig. 2; <tb>Fig. 4<SEP>- einen Abluftkanal mit einem zweiten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen Vorrichtung zur Rückgewinnung von Energie; <tb>Fig. 5<SEP>- eine perspektivische Detailansicht aus der Fig. 4; <tb>Fig. 6<SEP>- einen Abluftkanal mit einem dritten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen Vorrichtung zur Rückgewinnung von Energie; <tb>Fig. 7<SEP>- eine perspektivische Detailansicht aus der Fig. 5; und <tb>Fig. 8<SEP>- schematisch einen Abschnitt eines Lüftungskanals mit zwei parallelen Luftströmungswegen.In the following, the device according to the invention for recovering energy is described in more detail with reference to the accompanying drawings using exemplary embodiments. Show it: <tb> Fig. 1 <SEP> - schematically the structure of a ventilation system; <tb> Fig. 2 <SEP> - an exhaust air duct with a first exemplary embodiment of a device according to the invention for recovering energy; <tb> Fig. 3 <SEP> - a perspective detailed view from FIG. 2; <tb> Fig. 4 <SEP> - an exhaust air duct with a second exemplary embodiment of a device according to the invention for recovering energy; <tb> Fig. 5 <SEP> - a perspective detailed view from FIG. 4; <tb> Fig. 6 <SEP> - an exhaust air duct with a third exemplary embodiment of a device according to the invention for recovering energy; <tb> Fig. 7 <SEP> - a perspective detailed view from FIG. 5; and <tb> Fig. 8 <SEP> - schematically a section of a ventilation duct with two parallel air flow paths.

[0032] Fig. 1 zeigt schematisch den Aufbau einer Lüftungsanlage. Die dargestellte Lüftungsanlage weist die wesentlichen Grundkomponenten einer Lüftungsanlage auf. Diese Ausführung ist jedoch nur eine von mehreren möglichen Grundkonfigurationen. Es kann eine Vielzahl von weiteren Komponenten vorgesehen sein oder es können Komponenten wegfallen. Die Lüftungsanlage ist innerhalb eines Gebäudes angeordnet. Die Lüftungsanlage aus der Fig. 1 weist einen Zuluftkanal 2 und einen Abluftkanal 3 auf. Der Zuluftkanal 2 umfasst eine Einströmöffnung 42 und eine Ausströmöffnung 43. Die Einströmöffnung 42 öffnet sich nach aussen in die Umgebung des Gebäudes, wobei die Aussenluft oder die Umgebung mit dem Bezugszeichen 60 schematisch dargestellt ist. Der Zuluftkanal 2 weist eine Ausströmöffnung 43 auf, die sich in das Innere des Gebäudes öffnet. Dieses Innere des Gebäudes ist hier schematisch als Raum 50 dargestellt. Im Zuluftkanal 2 sind von der Einströmöffnung 42 in Richtung zur Ausströmöffnung 43 hin nacheinander eine Luftklappe 45, ein Luftfilter 47, ein Schalldämpfer 46, ein Gebläse 10, ein Schalldämpfer 46, ein Lufterhitzer 48, ein Luftkühler 49 sowie eine weitere Luftklappe 45 angeordnet. Diese Elemente sind allesamt in einem Lüftungskanal 40 angeordnet oder als Teil eines Lüftungskanals 40 ausgebildet. Fig. 1 shows schematically the structure of a ventilation system. The ventilation system shown has the essential basic components of a ventilation system. However, this design is only one of several possible basic configurations. A multiplicity of further components can be provided or components can be omitted. The ventilation system is arranged inside a building. The ventilation system from FIG. 1 has a supply air duct 2 and an exhaust air duct 3. The supply air duct 2 comprises an inflow opening 42 and an outflow opening 43. The inflow opening 42 opens outwards into the surroundings of the building, the outside air or the surroundings being shown schematically with the reference numeral 60. The supply air duct 2 has an outflow opening 43 which opens into the interior of the building. This interior of the building is shown here schematically as room 50. An air flap 45, an air filter 47, a silencer 46, a fan 10, a silencer 46, an air heater 48, an air cooler 49 and a further air flap 45 are arranged in the supply air duct 2 from the inflow opening 42 towards the outflow opening 43. These elements are all arranged in a ventilation duct 40 or designed as part of a ventilation duct 40.

[0033] Um Aussenluft in das Gebäude zu bringen, werden die Lüftungsklappen 45 geöffnet und das Gebläse 10 in Betrieb genommen. Im Bereich der Einströmöffnung 42 entsteht also ein Unterdruck und im Bereich der Ausströmöffnung 43 ein Überdruck. Die Luft strömt von der Einströmöffnung 42 in Richtung der Ausströmöffnung 43. Die Elemente 45 bis 49 weisen alle einen Strömungswiderstand auf, den die Luftströmung überwinden muss. Somit tritt an jedem der Elemente 45 bis 49 ein Druckverlust auf. Das Gebläse 10 ist derart dimensioniert, dass an der Ausströmöffnung 43 die gewünschte Strömung auftritt. Da jedoch bei der Auslegung des Gebläses 10 nicht alle Parameter bekannt sind, ist dieses im Allgemeinen überdimensioniert ausgelegt. To bring outside air into the building, the ventilation flaps 45 are opened and the fan 10 is put into operation. In the area of the inflow opening 42, a negative pressure arises and in the area of the outflow opening 43 an overpressure. The air flows from the inflow opening 42 in the direction of the outflow opening 43. The elements 45 to 49 all have a flow resistance which the air flow has to overcome. Thus, a pressure loss occurs at each of the elements 45 to 49. The fan 10 is dimensioned such that the desired flow occurs at the outflow opening 43. However, since not all parameters are known when designing the blower 10, it is generally designed to be oversized.

[0034] Der Abluftkanal 3 weist ebenfalls eine Einströmöffnung 42 und eine Ausströmöffnung 43 auf. Im Vergleich zum Zuluftkanal 2 sind die Einströmöffnung 42 und die Ausströmöffnung 43 jedoch gegengleich angeordnet. Das heisst, die Einströmöffnung 42 befindet sich innerhalb des Raums 50 und die Ausströmöffnung 43 öffnet sich in die Umgebung 60. Der Abluftkanal 3 weist nacheinander von der Einströmöffnung 42 in Richtung zur Ausströmöffnung 43 hin folgende Elemente auf: eine Luftklappe 45, einen Schalldämpfer 46, einen Luftfilter 47, ein Gebläse 10 und eine weitere Luftklappe 45. Diese Elemente sind allesamt in einem Lüftungskanal 40 angeordnet oder als Teil eines Lüftungskanals 40 ausgebildet. The exhaust air duct 3 also has an inflow opening 42 and an outflow opening 43. In comparison to the supply air duct 2, however, the inflow opening 42 and the outflow opening 43 are arranged opposite one another. That is, the inflow opening 42 is located within the space 50 and the outflow opening 43 opens into the environment 60. The exhaust air duct 3 has the following elements one after the other from the inflow opening 42 in the direction of the outflow opening 43: an air flap 45, a silencer 46, an air filter 47, a blower 10 and a further air flap 45. These elements are all arranged in a ventilation duct 40 or formed as part of a ventilation duct 40.

[0035] Um die verbrauchte Innenluft aus dem Raum 50 abzusaugen, werden die Lüftungsklappen 45 geöffnet und das Gebläse 10 in Betrieb genommen. Im Bereich der Einströmöffnung 42 entsteht ein Unterdruck und die Innenluft strömt von der Einströmöffnung 42 in Richtung zur Ausströmöffnung 43. Die Elemente 45 bis 49 weisen alle einen Strömungswiderstand auf, den die Luftströmung überwinden muss. Somit tritt an jedem der Elemente 45 bis 49 ein Druckverlust auf. Das Gebläse 10 ist derart dimensioniert, dass an der Einströmöffnung eine gewünschte Strömung auftritt. Da jedoch bei der Auslegung des Gebläses 10 nicht alle Parameter bekannt sind, ist dieses im Allgemeinen überdimensioniert ausgelegt. In order to suck the stale indoor air from the room 50, the ventilation flaps 45 are opened and the fan 10 is put into operation. A negative pressure arises in the area of the inflow opening 42 and the internal air flows from the inflow opening 42 in the direction of the outflow opening 43. The elements 45 to 49 all have a flow resistance which the air flow has to overcome. Thus, a pressure loss occurs at each of the elements 45 to 49. The fan 10 is dimensioned such that a desired flow occurs at the inflow opening. However, since not all parameters are known when designing the blower 10, it is generally designed to be oversized.

[0036] Die Rückgewinnung von Energie aus dieser zumindest teilweise künstlich erzeugten Strömung wird anhand des Abluftkanals 3 unter Bezugnahme auf Fig. 2 erläutert. Die Energie lässt sich aber genauso aus dem Zuluftkanal 2 zurückgewinnen. The recovery of energy from this at least partially artificially generated flow is explained using the exhaust duct 3 with reference to FIG. However, the energy can also be recovered from the supply air duct 2.

[0037] Fig. 2 zeigt den Abluftkanal 3 aus Fig. 1 ergänzt mit einem Flügelrad 30. Der Abluftkanal 3 weist somit zusätzlich eine Vorrichtung zur Rückgewinnung von Energie auf. Das Flügelrad 30 ist im Lüftungskanal 40 stromabwärts zwischen dem Gebläse 10 und der Luftklappe 45 angeordnet. Die weiteren Elemente entsprechen jenen aus der Fig. 1 und werden der besseren Lesbarkeit halber nicht erneut erläutert. FIG. 2 shows the exhaust duct 3 from FIG. 1 supplemented with an impeller 30. The exhaust duct 3 thus additionally has a device for recovering energy. The impeller 30 is arranged in the ventilation duct 40 downstream between the fan 10 and the air flap 45. The other elements correspond to those from FIG. 1 and are not explained again for the sake of better readability.

[0038] Mit anderen Worten, die Lüftungsanlage aus Fig. 1 ist mit einem Flügelrad 30 ergänzt. Die Funktionsweise dieser ergänzten Lüftungsanlage wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren 1 und 2 beschrieben. Über den Zuluftkanal 2 wird Luft aus der Umgebung 60 in den Raum 50 gefördert. In gleichem Masse wird Innenluft aus dem Raum 50 durch den Abluftkanal 3 in die Umgebung 60 gefördert. Dazu wird das Gebläse 10 des Abluftkanals 3 mit einer bestimmten Geschwindigkeit betrieben, sodass an der Einströmöffnung 42 des Abluftkanals 3 ein Unterdruck entsteht und stromabwärts nach dem Gebläse 10 des Abluftkanals 3 ein Überdruck. Ihm Abluftkanal 3 entsteht also eine Luftströmung von der Einströmöffnung 42 in Richtung zur Ausströmöffnung 43. Innerhalb dieser Luftströmung ist das Flügelrad 30 angeordnet, das durch die Luftströmung angetrieben wird. Der Aufbau und die Anordnung des Flügelrads 30 wird nachfolgend mit Bezug auf Fig. 3 im Detail erläutert. In other words, the ventilation system from FIG. 1 is supplemented with an impeller 30. The functioning of this supplemented ventilation system is described below with reference to FIGS. 1 and 2. Air is conveyed from the surroundings 60 into the room 50 via the supply air duct 2. Indoor air is conveyed to the same extent from room 50 through exhaust air duct 3 into surroundings 60. For this purpose, the fan 10 of the exhaust air duct 3 is operated at a certain speed, so that a negative pressure is created at the inflow opening 42 of the exhaust air duct 3 and an overpressure downstream after the fan 10 of the exhaust air duct 3. In its exhaust duct 3 there is thus an air flow from the inflow opening 42 in the direction of the outflow opening 43. The impeller 30, which is driven by the air flow, is arranged within this air flow. The structure and arrangement of the impeller 30 is explained in detail below with reference to FIG. 3.

[0039] Fig. 3 zeigt eine perspektivische Detailansicht des Abschnitts des Lüftungskanals 40 aus Fig. 2, in welchem das Flügelrad 30 angeordnet ist. Das Flügelrad 30 ist als Propeller ausgebildet und über eine nicht näher bezeichnete Antriebswelle mit einem Generator 20 verbunden. Das Flügelrad 30 ist innerhalb eines Gehäuses 32 angeordnet, das vorliegend Teil des Lüftungskanals 40 ist bzw. einen Abschnitt des Lüftungskanals 40 bildet. Das Flügelrad 30 ist um die Achse 31 drehbar angeordnet. Der Generator 20 befindet sich hier ausserhalb des Gehäuses 32 und behindert somit die Strömung der Luft innerhalb des Lüftungskanals 40 nicht. Das Gehäuse 32 weist eine Koppelstelle 321 auf, deren Form und Grösse dem entsprechenden Lüftungskanal 40, beispielsweise im Bereich nach dem Gebläse 10 (siehe Fig. 2), entspricht. Die Luft strömt von der Koppelstelle 321 in Richtung des Flügelrads 30 und versetzt dieses in Rotation. Die Koppelstelle 321 weist einen Querschnitt A1 auf, der sich in Richtung zum Flügelrad 30 hin auf den Querschnitt A2 reduziert. Der Querschnitt A2 beträgt vorliegend lediglich etwa 50% des Querschnitts A1. Entsprechend wird sich die Luftströmung im Bereich des kleineren Querschnitts A2 beschleunigen, konkret etwa verdoppeln. Eine dermassen beschleunigte Luftströmung weist eine im Vergleich zu einer nicht beschleunigten Luftströmung höhere Wirkung auf das Flügelrad 30 auf. Im Allgemeinen wird bei einer doppelten Luftströmungsgeschwindigkeit eine achtfache Wirkleistung erzielt. Auch bei einer geringen Luftströmung im Lüftungssystem kann so das Flügelrad 30 in Rotation um seine Drehachse 31 versetzt werden. Die Rotation wird durch die hier nicht näher bezeichnete Antriebswelle auf den Generator 20 übertragen und im Generator 20 wird entsprechend elektrische Energie erzeugt. Auf diese Weise kann ein Teil der Strömungsenergie der Luftströmung in elektrische Energie umgewandelt werden. FIG. 3 shows a perspective detailed view of the section of the ventilation duct 40 from FIG. 2 in which the impeller 30 is arranged. The impeller 30 is designed as a propeller and is connected to a generator 20 via a drive shaft (not shown). The impeller 30 is arranged within a housing 32, which in the present case is part of the ventilation duct 40 or forms a section of the ventilation duct 40. The impeller 30 is arranged to be rotatable about the axis 31. The generator 20 is located here outside the housing 32 and thus does not impede the flow of air within the ventilation duct 40. The housing 32 has a coupling point 321, the shape and size of which corresponds to the corresponding ventilation duct 40, for example in the area after the fan 10 (see FIG. 2). The air flows from the coupling point 321 in the direction of the impeller 30 and sets it in rotation. The coupling point 321 has a cross section A1 which is reduced in the direction of the impeller 30 to the cross section A2. In the present case, the cross section A2 is only about 50% of the cross section A1. Correspondingly, the air flow will accelerate in the area of the smaller cross section A2, specifically approximately double. An air flow accelerated in this way has a greater effect on the impeller 30 compared to a non-accelerated air flow. In general, eight times the effective power is achieved with twice the air flow speed. Even with a low air flow in the ventilation system, the impeller 30 can thus be set in rotation about its axis of rotation 31. The rotation is transmitted to the generator 20 by the drive shaft (not shown here) and electrical energy is generated accordingly in the generator 20. In this way, part of the flow energy of the air flow can be converted into electrical energy.

[0040] Fig. 4 zeigt einen Abluftkanal 3 mit einem zweiten Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Rückgewinnung von Energie. Der Abluftkanal 3 aus Fig. 4 entspricht dem Abluftkanal 3 aus Fig. 2, mit dem Unterschied, dass das Flügelrad 30 (siehe Fig. 5) stromabwärts nach der Luftklappe 45 in einem Gehäuse 32 am Ende des Abluftkanals 3 angeordnet ist. Vorliegend ragt das Ende des Abluftkanals 3 in die Umgebung 60 (hier schematisch dargestellt). Das Gehäuse 32 ist daher ebenfalls in der Umgebung 60, das heisst, ausserhalb eines entsprechenden Gebäudes, angeordnet. Die weiteren Elemente des Abluftkanals 3 entsprechen jenen aus der Fig. 2 oder der Fig. 1 und werden der besseren Lesbarkeit halber nicht erneut erläutert. Fig. 4 shows an exhaust duct 3 with a second embodiment of a device for recovering energy. The exhaust air duct 3 from FIG. 4 corresponds to the exhaust air duct 3 from FIG. 2, with the difference that the impeller 30 (see FIG. 5) is arranged downstream of the air flap 45 in a housing 32 at the end of the exhaust air duct 3. In the present case, the end of the exhaust air duct 3 protrudes into the surroundings 60 (shown here schematically). The housing 32 is therefore also arranged in the surroundings 60, that is to say outside a corresponding building. The other elements of the exhaust duct 3 correspond to those from FIG. 2 or FIG. 1 and are not explained again for the sake of better readability.

[0041] Fig. 5 zeigt eine perspektivische Detailansicht aus Fig. 4, und zwar das Gehäuse 32, in welchem das Flügelrad 30 angeordnet ist. Das Flügelrad 30 ist, wie das Flügelrad 30 aus Fig. 3, als Propeller ausgebildet und über eine nicht näher bezeichnete Antriebswelle mit einem hier nicht gezeigten Generator verbunden. Das Flügelrad 30 ist innerhalb des Gehäuses 32 angeordnet. Das Gehäuse 32 ist vorliegend Teil des Lüftungskanals 40 bzw. bildet das Ende des Lüftungskanals 40 und stellt die Ausströmöffnung 43 bereit. Das Flügelrad ist drehbar angeordnet. Das Gehäuse 32 weist eine Koppelstelle 321 auf, deren Form und Grösse dem Bereich des Lüftungskanals nach der Luftklappe 45 (siehe Fig. 4) entspricht. Die Koppelstelle 321 weist einen Querschnitt A1 auf, der sich in Richtung zum Flügelrad 30 hin und damit in Richtung zur Ausströmöffnung 43 hin auf den Querschnitt A2 reduziert. Der Querschnitt A2 beträgt vorliegend lediglich etwa 50 % des Querschnitts A1. Die Kinematik entspricht jener, die unter Bezugnahme auf Fig. 3 erläutert wurde, und wird der Einfachheit halber nicht wiederholt. Die Luftströmung versetzt das Flügelrad 30 in Rotation um seine Drehachse 31. Die Rotation wird durch die hier nicht näher bezeichnete Antriebswelle auf den Generator übertragen, der entsprechend elektrische Energie erzeugt. Somit kann ein Teil der Strömungsenergie der Luftströmung in elektrische Energie umgewandelt werden. Fig. 5 shows a perspective detailed view from Fig. 4, namely the housing 32 in which the impeller 30 is arranged. The impeller 30, like the impeller 30 from FIG. 3, is designed as a propeller and is connected to a generator, not shown here, via a drive shaft (not shown in more detail). The impeller 30 is arranged within the housing 32. In the present case, the housing 32 is part of the ventilation duct 40 or forms the end of the ventilation duct 40 and provides the outflow opening 43. The impeller is rotatably arranged. The housing 32 has a coupling point 321, the shape and size of which corresponds to the area of the ventilation duct after the air flap 45 (see FIG. 4). The coupling point 321 has a cross section A1 which is reduced in the direction of the impeller 30 and thus in the direction of the outflow opening 43 to the cross section A2. In the present case, the cross section A2 is only about 50% of the cross section A1. The kinematics corresponds to that which was explained with reference to FIG. 3 and is not repeated for the sake of simplicity. The air flow sets the impeller 30 in rotation about its axis of rotation 31. The rotation is transmitted to the generator by the drive shaft (not shown here), which generates electrical energy accordingly. Part of the flow energy of the air flow can thus be converted into electrical energy.

[0042] Fig. 6 zeigt einen Abluftkanal 3 mit einem dritten Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Rückgewinnung von Energie. Der Abluftkanal 3 aus Fig. 6 entspricht dem Abluftkanal 3 aus Fig. 4, mit dem Unterschied, dass das Flügelrad 30 stromabwärts nach der Ausströmöffnung 43 angeordnet ist. Vorliegend ragt das Ende des Abluftkanals 3 mit seiner Ausströmöffnung 43 in die Umgebung 60 (hier schematisch als strichliertes Rechteck dargestellt). Ein Gehäuse 32 mit einem Flügelrad 30 (siehe Fig. 7) ist in der Umgebung 60, also ausserhalb eines entsprechenden Gebäudes, angeordnet. Die weiteren Elemente entsprechen jenen aus Fig. 1 oder 4 und werden der besseren Lesbarkeit halber nicht erneut erläutert. Fig. 6 shows an exhaust duct 3 with a third embodiment of a device for recovering energy. The exhaust air duct 3 from FIG. 6 corresponds to the exhaust air duct 3 from FIG. 4, with the difference that the impeller 30 is arranged downstream of the outflow opening 43. In the present case, the end of the exhaust air duct 3 protrudes with its outflow opening 43 into the surroundings 60 (shown here schematically as a dashed rectangle). A housing 32 with an impeller 30 (see FIG. 7) is arranged in the surroundings 60, that is to say outside a corresponding building. The other elements correspond to those from FIG. 1 or 4 and are not explained again for the sake of better readability.

[0043] Fig. 7 zeigt eine perspektivische Detailansicht aus Fig. 6, und zwar insbesondere das Gehäuse 32. Im Gehäuse 32 ist das Flügelrad 30 angeordnet. Das Flügelrad 30 ist, wie das Flügelrad aus der Fig. 3, als Propeller ausgebildet und über eine nicht näher bezeichnete Antriebswelle mit einem hier nicht gezeigten Generator verbunden. Das Gehäuse 32 ist auf vier Füssen 322 angeordnet (vorliegend ist nur einer mit einem Bezugszeichen versehen) und mit diesen vier Füssen 322 im Bereich der Ausströmöffnung 43 (siehe Fig. 6) positioniert. Das Gehäuse 32 weist eine Koppelstelle 321 auf, die vorliegend grösser ist als die Ausströmöffnung 43 (siehe Fig. 6) des Abluftkanals 3. Das Gehäuse 32 ist derart positioniert, dass die Ausströmöffnung 43 und die Koppelstelle 321 zueinander beabstandet sind, das Flügelrad 30 jedoch im Bereich der Luftströmung ist, die aus der Ausströmöffnung 43 strömt. Das Flügelrad 30 ist drehbar angeordnet. Die Koppelstelle 321 weist einen Querschnitt A1 auf, der sich in Richtung zum Flügelrad 30 hin auf den Querschnitt A2 reduziert. Der Querschnitt A2 ist vorliegend lediglich etwa 50% des Querschnitts A1. Die Kinematik entspricht jener, die unter Bezugnahme auf Fig. 3 erläutert wurde, und wird der Einfachheit halber nicht nochmals erläutert. Die Luftströmung versetzt das Flügelrad 30 in Rotation um seine Drehachse 31. Die Rotation wird durch die hier nicht näher bezeichnete Antriebswelle auf den Generator übertragen, der entsprechend elektrische Energie erzeugt. Somit kann ein Teil der Strömungsenergie der Luftströmung in elektrische Energie umgewandelt werden. FIG. 7 shows a perspective detailed view from FIG. 6, in particular the housing 32. The impeller 30 is arranged in the housing 32. The impeller 30, like the impeller from FIG. 3, is designed as a propeller and is connected to a generator (not shown here) via a drive shaft (not shown). The housing 32 is arranged on four feet 322 (in the present case only one is provided with a reference number) and positioned with these four feet 322 in the area of the outflow opening 43 (see FIG. 6). The housing 32 has a coupling point 321, which in the present case is larger than the outflow opening 43 (see FIG. 6) of the exhaust air duct 3. The housing 32 is positioned such that the outflow opening 43 and the coupling point 321 are spaced apart, but the impeller 30 is in the area of the air flow that flows out of the outflow opening 43. The impeller 30 is rotatably arranged. The coupling point 321 has a cross section A1 which is reduced in the direction of the impeller 30 to the cross section A2. In the present case, the cross section A2 is only about 50% of the cross section A1. The kinematics corresponds to that which was explained with reference to FIG. 3 and is not explained again for the sake of simplicity. The air flow sets the impeller 30 in rotation about its axis of rotation 31. The rotation is transmitted to the generator by the drive shaft (not shown here), which generates electrical energy accordingly. Part of the flow energy of the air flow can thus be converted into electrical energy.

[0044] Fig. 8 zeigt schematisch einen Abschnitt eines Lüftungskanals, bei dem nach dem Gebläse 10 zwei parallele Luftströmungswege vorgesehen sind, wobei in einem der beiden Luftströmungswege ein Flügelrad 30 angeordnet ist, im anderen nicht. Je nach Bedarf kann die Luftströmung über den Luftströmungsweg mit dem Flügelrad 30 oder über den Luftströmungsweg ohne das Flügelrad 30 geführt werden, wobei hierzu mittels einer nicht dargestellten Schaltung Luftklappen 44 bzw. 44' umgestellt werden. Auf diese Weise ist es möglich, ein Flügelrad 30 mit zugeordnetem Generator zuzuschalten oder wegzuschalten. Der Strömungswiderstand des Flügelrads 30 kann so beispielsweise bei nur geringem Überschuss an Energie in bestimmten Betriebszuständen der Lüftungsanlage weggeschalten werden, ohne dass das Flügelrad 30 vom Generator entkoppelt zu werden braucht. Fig. 8 shows schematically a section of a ventilation duct in which two parallel air flow paths are provided after the fan 10, an impeller 30 being arranged in one of the two air flow paths and not in the other. Depending on requirements, the air flow can be guided via the air flow path with the impeller 30 or via the air flow path without the impeller 30, air flaps 44 and 44 'being switched over for this purpose by means of a circuit (not shown). In this way it is possible to switch on or off an impeller 30 with an associated generator. The flow resistance of the impeller 30 can thus be switched off in certain operating states of the ventilation system, for example when there is only a small excess of energy, without the impeller 30 having to be decoupled from the generator.

[0045] Ein solcher Lüftungskanalabschnitt mit zwei parallelen Luftströmungswegen kann sowohl bei bestehenden Anlagen als auch bei neuen Anlagen ausgebildet werden. Er muss auch nicht unbedingt direkt nach dem Gebläse angeordnet werden, andere Stellen im Lüftungskanal sind ebenfalls geeignet. Such a ventilation duct section with two parallel air flow paths can be formed both in existing systems and in new systems. It does not necessarily have to be arranged directly after the fan, other locations in the ventilation duct are also suitable.

Claims

1. A device for recovering energy from an at least partially artificially generated air flow, comprising a fan (10) for generating the air flow, a generator (20) for generating electrical energy and an impeller (30) which is rotatably mounted about an axis of rotation (31) and is in operative connection with the generator (20), characterized in that the impeller (30) is arranged in the air flow in such a way that it can be set into rotation about the axis of rotation (31) by the air flow.

2. Device according to claim 1, characterized in that the impeller (30) is designed as a propeller, impeller, axial turbine or radial turbine.

3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the generator (20) has a stator and a rotor and the impeller (30) is arranged on the rotor.

4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that it comprises at least one ventilation duct (40) for guiding the air flow, the ventilation duct (40) having at least one inflow opening (42) and one outflow opening (43).

5. The device according to claim 4, characterized in that the impeller (30) is arranged within the ventilation duct (40).

6. The device according to claim 4, characterized in that the impeller (30) is arranged in the region of the outflow opening (43) outside the ventilation duct (40).

7. Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the impeller (30) is arranged in a housing (32), the housing (32) having a coupling point (321) with a first cross section (A1) and itself the cross section of the housing (32) narrows from the coupling point (321) in the direction of flow towards the impeller (30).

8. Device according to one of claims 1 to 7, characterized in that it has at least one further impeller and a further generator associated therewith.

9. Ventilation system comprising a device according to one of claims 1 to 8.

10. A method for recovering energy from an at least partially artificially generated air flow, in particular carried out with a device or a ventilation system according to one of claims 1 to 9, wherein the air flow is generated with a fan (10), characterized in that a Axis of rotation (31) rotatable impeller (30) is arranged in the air flow and is set in rotation about the axis of rotation (31) by the air flow, the impeller (30) driving a generator (20) for generating electrical energy.