DE10120858A1 - Raum-/Kühlsystem mit erhöhtem Energieaustausch durch eigengenerierte erzwungende Konvektion - Google Patents
Raum-/Kühlsystem mit erhöhtem Energieaustausch durch eigengenerierte erzwungende KonvektionInfo
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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 (14)
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.
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WO2004023049A1 (de) * | 2002-08-13 | 2004-03-18 | BSH Bosch und Siemens Hausgeräte GmbH | Wärmetauscher-turbine-anordnung |
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