DE10120858A1

DE10120858A1 - Raum-/Kühlsystem mit erhöhtem Energieaustausch durch eigengenerierte erzwungende Konvektion

Info

Publication number: DE10120858A1
Application number: DE10120858A
Authority: DE
Inventors: Georg Hofmann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-05-03
Filing date: 2001-04-27
Publication date: 2001-11-08
Also published as: DE20007953U1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein System zum Heizen/Kühlen von Räumen mittels erhöhtem Austausch von Wärmeenergie durch eigengenerierte Zwangskonvektion. Dieses wird erreicht durch einen vom Wärmetransportmedium in einem geschlossenen Kreislauf über eine magnetische Ankopplung angetriebenen Lüfter mit einer dadurch bedingten gleichzeitigen vollautomatischen Anpassung der Luftbewegung an den angeforderten Energieaustausch. Die erreichbare Konvektionsverstärkung ermöglicht eine geometrische Verkleinerung der Wärme-/Kühlkörper und/oder eine ökonomische vorteilhafte Anpassung der mittleren Temperatur des Wärmetransportmediums an die angestrebte Raumtemperatur. DOLLAR A Insbesondere bei Kühlkörpern und Kühldecken, mit den zur Kondensationsvermeidung niedrigen Temperaturdifferenzen zwischen Raumluft und Wärmetransportmedium und damit geringen Konvektionsströmungen, kann das erfindungsgemäße Antriebssystem eingesetzt werden, ohne dass es weiterer zusätzlicher Hilfseinrichtungen bedarf.

Description

Die Erfindung betrifft ein System zum erhöhten Austausch von Wärmeenergie durch eigengenerierte Zwangskonvektion.

Wohn-, Arbeits- und Aufenthaltsräume werden meist durch mit einem Fluid, insbes. einer Flüssigkeit (vorzugsweise Wasser) betriebene Wärme- oder Heizkörper er wärmt. Zwecks Wärmezufuhr an die Raumluft wird den Wärme-/Heizkörpern meist Flüssigkeit in einem Kreislauf mit einer bestimmten Vorlauftemperatur zugeführt und nach Wärmeabgabe mit einer Rücklauftemperatur wieder entnommen. Nach dem gleichen Prinzip können diese Räume auch gekühlt werden, wobei die Temperaturen (Vor- und Rücklauf) des Fluids unterhalb der angestrebten Raumtemperatur liegen müssen. Hierbei darf die Taupunkttemperatur der Raumluft nicht unterschritten wer den, um unerwünschte Kondensation zu verhindern.

In beiden Fällen erfolgt der Wärmeaustausch mit den Räumen durch Wärmestrah lung und natürliche Konvektion, wobei je nach Bauweise zwischen Radiatoren und Konvektoren unterschieden wird. Bei Konvektoren wird meist durch die Anordnung von Rippen die Fläche für den Energieaustausch vergrößert. Es gibt auch Konvektor- Systeme, die Ventilatoren, vorzugsweise elektrisch angetriebene Walzenlüfter ent halten, die durch mechanische Luftbewegung eine Intensivierung der Energieabgabe bewirken. Das ist besonders vorteilhaft, wenn durch Einsatz von sog. Brennwertkes seln zur Energieeinsparung die mittlere Temperatur des Heizmediums gesenkt wer den soll. Die Nachteile dieser Hilfseinrichtung, z. B. der Walzenlüfter, sind z. B. die In stallation der elektrischen Energieeinspeisung und/oder die Regelung der Einschalt dauer und der Drehzahl.

Es ist bei einer Dampfheizung eine Vorrichtung bekannt, bei der Wasserdampf dem Dampf-Kreislauf entnommen wird und damit eine Art Turbine angetrieben wird, die ihrerseits wiederum einen Lüfter zur Intensivierung der Luftbewegung antreibt. Eine Dampfheizung entspricht nicht mehr dem Stand der Technik. Außerdem wird bei die ser Vorrichtung dem beheizten Raum dermaßen viel Feuchtigkeit zugeführt, so dass ein Wohlfühlzustand nicht erreicht werden kann. Weiterhin ist diese Vorrichtung nicht zum Kühlen von Räumen geeignet.

Eine andere bekannte Vorrichtung (DE 43 10 417 A1) enthält zwar eine magnetische Ankopplung im Fluidkreislauf, ist aber durch den vorgeschlagenen Antrieb infolge von Reibungsverlusten technisch nur schwer ausführbar. Die durch den Antrieb kaum zu überbrückende Reibung entsteht durch eine Drehdichtung bzw. durch ein innerhalb des Fluids angeordnetes mechanisches Getriebe, ein Zahnradpaar.

Von diesem Stand der Technik geht die Erfindung aus und hat sich zur Aufgabe ge stellt, ein energiesparendes Heiz-/Kühlsystem vorzuschlagen, bei dem durch selbst generierte mechanisch erzwungene Luftbewegung der Energieaustausch zwischen Wärme-/Kühlkörper und Raumluft enorm intensiviert wird, und bei dem die beschrie benen Nachteile vermieden werden. Insbesondere kann diese Vorrichtung vorzugs weise zum Kühlen beispielsweise durch die Installation in sog. Kühldecken verwen det werden, weil in diesen Fällen durch die infolge Vermeidung von Kondensation geringen Temperaturunterschiede zwischen Kühlmedium und Raumtemperatur die natürliche Konvektion äußerst gering ist.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die Vorrichtung gemäß Patentanspruch 1. Vor teilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Wärme-/Kühleinrichtung, z. B. mit einem oder mehreren Konvektoren, mit einem oder mehre ren handelsüblichen Ventilatoren, vorzugsweise Walzenlüftern ausgerüstet wird, der/die durch einen oder mehrere axial vom Heiz-/Kühlmedium durchströmten Drall körpern mittels magnetischer Ankopplung angetrieben wird, ohne dass Wärmetrans portmedium dem Kreislauf entnommen wird/werden, und ohne dass übermäßige un erwünschte Reibungsverluste auftreten. Dieser Antrieb zur Konvektionsverstärkung kann innerhalb des Heiz-/Kühlkörpers und/oder unterhalb desselben angeordnet sein. Vorzugsweise wird dieser Antrieb von dem aus dem Wärme-/Kühlkörper aus tretende Wärmetransportmedium durchströmt und ist unterhalb des Wärme-/Kühlkörpers angeordnet. Andererseits ist es auch möglich, das Fluid in einem By pass am Heiz-/Kühlkörper, vorzugsweise gesondert geregelt, vorbeizuführen. Die Energie zum Antrieb wird durch eine geringe Mehrbelastung der Heizungsumwälz pumpe aufgebracht, die zweckmäßigerweise ggf. etwas größer zu dimensionieren ist. Eine Ausschaltung kann in einfacher Weise durch eine mechanische Blockierung der Lüfter und/oder Drallkörper erfolgen. Die Vorteile der beschriebenen Anordnung sind die Unabhängigkeit vom elektrischen Netz und die ggf. vollautomatische Anpassung der Luftbewegung des Lüfters an die persönlichen Bedürfnisse der Benutzer durch den z. B. mittels Thermostatventils eingestellten/angeforderten Mengenstrom an Heiz-/Kühlmedium, ohne dass es einer besonderen Zusatzeinrichtung bedarf. Mit dem er findungsgemäßen Antrieb ausgerüstete Wärme-/Kühlkörper können in ihrer geomet rischen Abmessungen kleiner ausgestaltet werden, und/oder es kann die mittlere Temperatur des Wärmetransportmedium gesenkt werden, womit eine Energieer sparnis verbunden ist. Es ist selbstverständlich, daß der beschriebene Antrieb auch in jedem System eingesetzt werden kann, bei dem durch Fluid in einem geschlosse nen Kreislauf irgend ein Rotationskörper angetrieben werden soll.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der in den Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Abb. 1 zeigt einen Wärme-/Kühlkörper 1, dem Wärmetransportmedium über ein Thermostatventil zugeführt 2 wird und nach dem Durchströmen 3 wieder entnommen wird. Unterhalb des Wärme-/Kühlkörpers 1 ist eine Anordnung des Lüfters 4 darge stellt, der mittels des innen liegenden Drallkörpers 5 durch magnetische Ankopplung angetrieben wird.

In Abb. 2 wird der Antrieb in einer Schnittzeichnung näher erklärt. Der mittels han delsüblicher Lager äußerst reibungsarm gelagerte Walzenlüfter 4 ist auf der Innen seite mit mindestens 2 gegenüberliegenden Permanentmagneten 6 bestückt, die symmetrisch um die Drehachse angeordnet sind. In axialer Richtung können mehre re dieser Magnetpaare vorgesehen sein. Der Luftspalt 7 gegenüber dem das Wär metransportmedium umgebende Rohr 8 aus nicht-ferro-magnetischem Werkstoff (vorzugsweise Aluminium oder Kunststoff) soll nicht größer als 0,5 mm, vorzugswei se 0,05 mm betragen. Der Drallkörper 5 ist auf der durchströmten Innenseite mit ei nem oder mehreren (vorzugsweise 2) wendelförmigen vorzugsweise dünnwandigen Bauteilen 9 bestückt, deren Winkel 10 gegenüber der Rotationsachse zwischen 10° und 50° liegen soll. Der Drallkörper 5 trägt auf der Außenseite ebenfalls Permanent magnete 11, die exakt so anzuordnen sind wie die Permanentmagnete 6 auf dem Drallkörper 5. Vorzugsweise sollen sich dabei die Pole der Magnete gegenüber lie gen, um so eine möglichst große anziehende bzw. abstoßende Wirkung und magne tische Ankopplung zu erreichen. Der Spalt 12 zwischen dem ebenfalls äußerst rei bungsarm gelagerten Drallkörper 5 und dem Rohr 8 soll zwischen 0,05 mm und 0,5 mm betragen. Der Drallkörper 5 kann wie in Abb. 2 gezeigt aus mehreren Teilen be stehen wobei zwischen den Drallkörpern Umlenkbleche 13 zur Drallverstärkung an geordnet sein können.

In Abb. 3 ist ein Querschnitt durch einen Walzenlüfter 4 mit einem Drallkörper 5 dargestellt. Deutlich sind hierbei die gegenüberliegenden Permanentmagnete 6 und 11, das nicht-ferromagnetische Rohr 8 sowie die wendelförmigen Bauteile 9 zu se hen. Die Spalte zwischen den beweglichen Teilen wurden in dieser Darstellung zur Vereinfachung weggelassen.

In Abb. 4 ist eine Anordnung zu sehen, bei der ein reibungsarm gelagerter Dreh körper 14 über eine magnetische Ankopplung mit dem Drallkörper 5 verbunden ist. Der Drehkörper 14 treibt über einen mechanischen Antrieb 15 einen Walzenlüfter 4 an, der die Konvektion in dem Heiz-/Kühlkörper 1 verstärkt.

Schließlich zeigt Abb. 5 eine Anordnung von erfindungsgemäß angetriebenen Wal zenlüftern 4 in einer Heiz- bzw. Kühldecke. Die zu erwärmende oder zu kühlende Raumluft wird an mehreren Stellen 16 angesaugt und ebenfalls an mehreren Stel len 17 wieder ausgeblasen, während die Heiz-/Kühldecke 18 von dem Wärmetrans portmedium durchströmt wird und dadurch gleichzeitig die Walzenlüfter 4 angetrie ben werden.

Claims

1. Raumheiz-/Kühlsystem mit eigengenerierter erzwungener Konvektion, bestehend aus mindestens einem von einem Wärmetransportmittel durchströmten Heiz-/Kühlkörper und einem oder mehreren Lüftern, dadurch gekennzeichnet, dass der/die Lüfter (4) durch das Wärmetransportmittel über einen oder mehrere axial vom Wärmetransportmittel durchströmte Drallkörper (5) mittels einer magnetischen Ankopplung angetrieben wird/werden, und dass das System geschlossen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb des Lüfters strömungstechnisch in Reihe zum Heiz-/Kühlkörper vor oder hinter diesem angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb des Lüfters strömungstechnisch parallel zum Heiz-/Kühlkörper, vorzugsweise mit einer separaten Regelung versehen, angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb des oder der Lüfter (4) unterhalb des/der Heiz-/Kühlkörper angeordnet sind/ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Antriebe der Lüfter (4) verwendet werden, wobei mindestens einer der An triebe der Lüfter (4) unterhalb des Heiz-/Kühlkörper angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der/die Antriebe des/der Lüfter (4) an Heiz-/Kühldecken angeordnet ist/sind.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der/die Drallkörper (5) aus mehreren Teilen bestehen, wobei zwischen den Drall körpern (5) drallverstärkende Umlenkbleche (13) angeordnet sind.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das den Drallkörper (5) umhüllende Rohr (8) aus einem nicht-ferromagnetischen Material, vorzugsweise Kupfer, Aluminium, Kupfer- oder Aluminiumlegierungen, austeni tischem Stahl oder einem ggf. faserverstärkten Kunststoff besteht.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Material des Drallkörpers (5) zur Verstärkung der magnetischen Wirkung aus einem weichmagnetischen Stahl oder Kunststoff mit weichmagnetischen Einlagen be steht und die wendelförmigen Einbauten (9) aus einem im Vergleich zum Stahl spezifisch leichteren Werkstoff, vorzugsweise aus Aluminium oder Kunststoff bestehen.

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb mit dem Drallkörper (5) an der Austrittsseite des Rücklaufwassers an gebracht ist und durch magnetische Ankopplung einen Drehkörper (14) antreibt, der wie derum über einen mechanischen Antrieb (15) einen Lüfter (4) bewegt.

11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lüfter (4) als Walzenlüfter ausgebildet ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Walzenlüfter das vom Wärmetransportmittel durchströmte Rohr (8) umgibt.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Spalte zwischen Drallkörper (5) und Rohr (8) sowie zwischen Walzenlüfter (4) und Rohr (8) zwischen 0,05 und 0,5 mm betragen.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der zylindrische Teil des/der Walzenlüfter (4) zur Verstärkung der magnetischen Wirkung aus weichmagnetischem Stahl oder Kunststoff mit weichmagnetischen Einlagen besteht und die Flügel aus einem im Vergleich dazu spezifisch leichteren Werkstoff vorzugsweise Kunststoff hergestellt sind.