DE102008058817A1

DE102008058817A1 - Luft-Luft-Wärmetauscher

Info

Publication number: DE102008058817A1
Application number: DE102008058817A
Authority: DE
Inventors: Horst Hinterneder
Original assignee: Individual
Current assignee: Holmak Heatx BV
Priority date: 2008-11-25
Filing date: 2008-11-25
Publication date: 2010-05-27
Anticipated expiration: 2028-11-26
Also published as: DE102008058817B4

Abstract

Luft-Luft-Wärmetauscher für Belüftungsanlagen, mit zwei im Gegenstrom geführten Luftbahnen und einem die entgegengesetzten Luftströme fördernden Ventilator (12), dadurch gekennzeichnet, dass die Luftbahn in einem geschlossenen, zylindrischen Gehäuse (10) angeordnet sind, in dessen Inneren die erste Luftbahn innerhalb geschlossenen Kanälen verläuft, während die zweite Luftbahn in dem Zwischenraum zwischen den geschlossenen Kanälen und dem zylindrischen Gehäuse angeordnet ist, und dass der Ventilator (12) an einem Ende des zylindrischen Gehäuses angeordnet ist und einen Innenring (14) und einen entgegengesetzt fördernden Außenring (16) umfasst.

Description

Die Erfindung betrifft einen Luft-Luft-Wärmetauscher für Belüftungsanlagen, mit zwei im Gegenstrom geführten Luftbahnen und einem die entgegengesetzten Luftströme fördernden Ventilator.
Da heute beheizte Gebäude zumeist gut isoliert sind und Türen und Fenster relativ dicht schließen, muß ständig feuchte und schadstoffhaltige, verbrauchte Luft abgeführt werden und durch Frischluft ersetzt werden. Bei der Abluft handelt es sich im allgemeinen um aufgeheizte Luft, deren wertvoller Energieinhalt in der Regel ungenutzt verlorengeht. Es ist zwar möglich, den genannten Energieinhalt mithilfe von Wärmetauschern zurückzugewinnen. Dies geschieht beispielsweise mithilfe sogenannter Kreuzstrom-Wärmetauschern oder mithilfe von Wärmetauschern, die nach dem Rotationsprinzip arbeiten. Beide Wärmetauschersysteme erfordern eine komplizierte, aufwendige Luftführung mit zwei Ventilatoren und sind in der Regel nur realisierbar, wenn sie von Anfang an in die Bauplanung eines Gebäudes einbezogen werden.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Wärmetauscher zu schaffen, der mit wenig Aufwand herstellbar und überall, auch zum Nachrüsten einsetzbar ist und einen guten Wirkungsgrad aufweist.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist der erfindungsgemäße Wärmetauscher dadurch gekennzeichnet, dass die Luftbahnen in einem geschlossenen zylindrischen Gehäuse angeordnet sind, in dessen innerem eine erste Luftbahn innerhalb geschlossener Kanäle verläuft, während die zweite Luftbahn in dem Zwischenraum zwischen den geschlossenen Kanälen und dem Gehäuse angeordnet ist und dass der Ventilator an einem Ende des Zylinders angeordnet ist und einen Innenring und einen entgegengesetzt fördernden Außenring umfaßt.
Erfindungsgemäß ist somit für zwei entgegengesetzte Luftströme nur ein Ventilator vorgesehen, der den Aufbau der Anlage insgesamt vereinfacht. Es ist nur ein Antriebsmotor und nur ein Ventilatorgehäuse notwendig. Der Ventilator ist unmittelbar in das Gehäuse des Wärmetauschers integriert. Es ergibt sich eine kompakte und relativ einfache Anlage.
Entsprechend einer ersten Ausführungsform verläuft eine der Strömungsbahnen in Rohren innerhalb eines zylindrischen Wärmetauscherbehälters, während die zweite Strömungsbahn unmittelbar durch diesen Wärmetauscherbehälter verläuft und die Luft sich zwischen den Innenwänden des Gehäuses und den Außenwänden der Rohre befindet. Die Rohre können mehr oder weniger handelsübliche Rohre sein. Die Oberfläche kann innen und außen zur Verbesserung des Wärmeübergangs aufgerauht, mit Noppen versehen sein, usw.
Entsprechend einer zweiten Ausführungsform wird das Innere des Wärmetauschers im Querschnitt durch radial verlaufende Trennwände unterteilt, so dass sich im Querschnitt die Form einer Torte mit entsprechenden Tortenstücken ergibt. Jedes zweite dieser Tortenstücke ist zum äußeren Rand hin durch eine Trennwand abgeschlossen und bildet somit einen geschlossenen Kanal für einen der beiden Luftströme, während jedes zweite andere Tortenstück lediglich eine nach außen offene Tasche zwischen den Kanälen bildet, in die von außen Luft eintreten kann, die sich zwischen dieser Tortenstück-Konstruktion und der Innenwand des Gehäuses befindet.
Der durch den Innenring des Ventilators geförderte Luftstrom entspricht dem Luftstrom, der durch die geschlossenen Kanäle gefördert wird. Diese Kanäle werden nach dem Eintritt in den Wärmetauscher kegelförmig auseinandergeführt, so dass ein konischer Endbereich der Rohrführung gebildet wird, bis die Kanäle in einen Mittelbereich des Wärmetauschers übergehen, in dem sie parallel zueinander laufen und größeren Abstand zueinander aufweisen als in den beiden konischen Endbereichen. Die konischen Endbereiche der Kanalführung dienen dazu, die Kanäle in Verbindung mit dem Innenring des Ventilators zu bringen. In den konischen Endbereichen tritt die durch den Außenring des Ventilators geförderte Luft mit den Kanälen in Wärmeaustausch.
Bei der ersten Ausführungsform wird der erste Luftstrom innerhalb von Rohren geführt, die von dem entgegengesetzten zweiten Luftstrom umspült werden. Alternativ kann gemäß einer zweiten Ausführungsform innerhalb des Zylinders mit Trennwänden ein Kanalsystem gebaut werden. Dabei können tortenstückförmige, nach außen geschlossene Kanäle den ersten Luftstrom bilden, während der entgegengesetzte Luftstrom in Zwischenräume zwischen den Tortenstücken eintreten kann, die von außen zugänglich sind.
Bei der ersten Ausführungsform werden die Rohre in den konischen Endbereichen konisch auseinandergeführt bzw. zusammengeführt. In diesem konischen Bereich wird die Luft des Gegenstroms mit der Oberfläche der Kanäle in Berührung gebracht, so dass es zu einem Wärmeaustausch kommt. Der Gegenstrom befindet sich in den Zwischenräumen zwischen den Kanälen. Diese Zwischenräume sind zu dem Innenring des Ventilators hin durch Trennwände verschlossen.
Diese Trennwände sind im übrigen bei beiden Ausführungsformen vorgesehen. Nur die in Kanälen geführte Luft hat Zugang zu dem Innenring des Ventilators und kann durch diesen gefördert werden.
Sofern es sich bei den Kanälen um Rohre handelt, können diese im konischen Endbereich jeweils im einzelnen konisch sein oder auch durch engere Zusammenstellung eine insgesamt konische Anordnung bilden. Bei der zweiten Ausführungsform werden die Dimensionen der tortenstückförmigen Kammern im konischen Endbereich kontinuierlich zurückgenommen.
Der erfindungsgemäße Wärmetauscher kann aus Blech oder auch aus Kunststoff hergestellt sein.
Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.
1 ist eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform der Erfindung; und
2 zeigt eine entsprechende schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
In 1 ist eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wärmetauschers in einer stark schematisierten Darstellung gezeigt. Der Wärmetauscher befindet sich insgesamt in einem zylindrischen Gehäuse 10. Diese Bezeichnung bedeutet nicht, dass es sich um Kreiszylinder handeln muß. Die Querschnittsform ist unerheblich. Das zylindrische Gehäuse weist am links in 1 gezeigten Ende einen Ventilator 12 auf.
Der Ventilator 12 umfaßt einen Außenring 14 und einen Innenring 16. Die Flügel 18 des Außenringes sind so angestellt, dass sie nach rechts in 1 fördern, wie die Pfeile andeuten. Dagegen fördern die Flügel 20 des Innenrings nach links in 1.
Die Räume des Aussenrings 14 und des Innenrings 16 sind voneinander durch eine kurze zylindrische Wand 22 getrennt. Nach unten und oben sind die Räume im wesentlichen offen. Der Innenring 16 umgibt einen Motor 24, der zum Antreiben des Ventilators dient. Die Räume des Außenrings 14 gehen nach außen über in einen ringförmigen Einlaß- oder Auslaßstutzen 26. Dieser Einlaßstutzen dient beispielsweise zur Aufnahme von Frischluft oder auch zur Abgabe von verbrauchter, erwärmter Innenluft. Welcher dieser Luftströme hier aufgenommen wird, soll zunächst offengelassen werden.
Der entgegengesetzte Luftstrom tritt über den Bereich des Innenrings 16 nach oben aus.
Im Inneren des zylindrischen Gehäuses 10 befindet sich eine Struktur, die es gestattet, zwei entgegengesetzt bewegte Luftströme getrennt voneinander zu transportieren. Für einen ersten Luftstrom, der beispielsweise von unten nach oben in der Zeichnung transportiert wird, ist ein System von geschlossenen Kanälen vorgesehen. Diese Kanäle bestehen bei der dargestellten ersten Ausführungsform aus Rohren, die im mittleren Teil des zylindrischen Gehäuses parallel zueinander und in Abstand zueinander dargestellt sind.
In den beiden Endbereichen des zylindrischen Gehäuses 10 laufen die Kanäle zusammen zu dem Ventilatorbereich des Innenrings 16, wie aus der Zeichnung deutlich hervorgeht. Die Rohre 28, 30 werden also nach oben in 1 insgesamt konisch zusammengeführt, behalten jedoch untereinander naturgemäß einen ausreichenden Abstand, so dass sie von Luft umströmt werden können.
Nach unten in 1 ist ein entsprechendes konisch zusammenlaufendes Rohrbündel angeschlossen, das in der Zeichnung nicht gezeigt ist.
Der nach oben in der Zeichnung gehende Strom, der nach oben aus dem Ventilator 12 austritt, würde somit beim Eintritt auf der unteren Seite durch ein konisch auseinandergehendes Rohrbündel geführt, bis die Luftströme die parallelen Rohre des mittleren Teils des Wärmetauschers erreicht haben, und gegen das oben Ende wieder konisch zusammengeführt. Dies ist der Zeichnung zu entnehmen.
Zu der Darstellung der 1 ist zu bemerken, dass diese teilweise als Explosionsdarstellung ausgeführt ist. Richtiger müßte der Ring 32, von dem das auseinanderlaufende Rohrbündel auf der oberen Seite ausgeht, an der Einlaßseite des inneren Gebläseringes 16 des Ventilators 12 befestigt sein, während an dem unteren Ring des konischen Rohrbündels auf der erweiterten Seite, der mit 34 bezeichnet ist, der auf der oberen Seite liegende Ring 36 des mittleren Rohrbündels 28 anschließt. Es handelt sich also um durchgehende Kanäle vom oberen zum unteren bzw. vom unteren zum oberen Ende des Wärmetauschers. Diese Kanäle laufen zunächst von beiden Seiten betrachtet konisch auseinander, dann parallel, und dann wieder konisch zusammen. Die einzelnen Kanäle, die durch die Rohre 28, 30 gebildet werden, sind also über die gesamte Strecke innerhalb des Wärmetauschers geschlossen.
Wie in 1 andeutungsweise zu erkennen ist, tritt Luft des Gegenstroms von oben in 1 über den Außenring 14 des Ventilators ein und gelangt im Inneren des Gehäuses 10 zunächst in den Zwischenraum zwischen dem konischen Rohrbündel 30 und der Wand des zylindrischen Gehäuses 10, der mit 38 bezeichnet ist. Von diesem Raum 38 aus tritt die von oben eintretende Luft zwischen die Rohre 30 des Rohrbündels ein und gelangen so mit diesen Rohren in Wärmeaustausch. Von dem konisch zusammenlaufenden Rohrbündel aus strömt die Luft weiter zwischen die Rohre 28 des mittleren Teils des Wärmetauschers und ebenso zwischen die nicht dargestellten Rohre des konischen Bereichs auf der unteren in der Zeichnung liegenden, nicht dargestellten Seite.
Auf diese Weise kommt es zu einem intensiven Wärmeaustausch. Naturgemäß können die Rohre eine geeignete Profilierung ihrer Außenfläche und Innenfläche aufweisen, die den Wärmeübergang verstärkt.
Im folgenden soll eine zweite Ausführungsform der Erfindung erläutert werden. Diese Ausführungsform ist in 2 dargestellt. In 2 ist wiederum der Ventilator 12 gezeigt, der bereits im Zusammenhang mit 1 erläutert wurde und auch die gleiche Funktion aufweist. Überhaupt weist die Ausführungsform der 2 insgesamt die gleiche Funktion auf, wie die Ausführungsform gemäß 1. Eine Strömungsbahn wird daher von durchlaufenden Kanälen gebildet, die gemäß 1 und 2 durch die Rohre 28, 30 gebildet wird.
In 2 handelt es sich um eine Struktur von Zwischenwänden im Inneren des Gehäuses 10, die innerhalb des zylindrischen Gehäuses eine abwechselnde Reihenfolge von tortenstückförmigen Kammern bildet, die in 2 abwechselnd schraffiert und unschraffiert dargestellt worden sind. Die Tortenstücke ohne Schraffur sind hier mit 40 bezeichnet, die der Tortenstücke mit Schraffur mit 42. In der Zeichnung ist zu ersehen, dass die Tortenstücke 40 nach außen durch nicht bezeichnete Wände geschlossen sind und somit geschlossene Kanäle bilden, während die schraffierten Tortenstücke 42 nach außen offen sind. Die Tortenstücke 40 werden daher als geschlossene Führung oder als geschlossener Kanal für einen der entgegengesetzten Luftströme verwendet, während die von außen eintretenden keilförmigen Taschen, die den Grundriß der Tortenstücke 42 entsprechen, von außen zugänglich sind und damit den Gegenstrom zum Wärmeaustausch hereintreten lassen.
Im Bereich der konischen Endstücke, die hier mit 44, 46 bezeichnet sind, treten die Kanäle, die den nicht schraffierten Tortenstücken entsprechen, nach unten und oben ein oder aus, während die schraffiert dargestellten Tortenstücke hier verschlossen sind. Die Luft tritt wiederum über den Raum 48 und die bereits beschriebenen Einlaßstutzen 26 (oder Auslaßstutzen) ein oder aus.
In 2 ist jetzt im Gegensatz zu 1 auch die untere Seite des zylindrischen Gehäuses 10 genauer gezeigt. Auch hier befindet sich ein Einlaßstutzen oder Auslaßstutzen, der dem Einlaßstutzen 26 auf der unteren Seite entspricht, hier jedoch mit 52 bezeichnet ist. Die jeweilige Funktion – Einlaß oder Auslaß – ist der Richtung der Pfeile zu entnehmen. In jedem Fall ist diese Strömungsrichtung umkehrbar. Es ist jedoch bevorzugt, die Wärme des Motors 24 für den eintretenden, neu zu erwärmenden Luftstrom zu nutzen.
In jedem Fall ist zu beachten, dass nur die in den Kanälen geführte Luft in den durch den Innenring gebildeten Ventilator eintritt bzw. durch diesen gefördert wird. Daher ist auch bei der zweiten Ausführungsform im Bereich der tortenstückförmigen Taschen, die zwischen die Kanäle eintreten, vor dem Innenring des Ventilators eine Trennwand vorgesehen, so dass nur die Kanäle mit dem Innenring in Verbindung treten können.
Der erfindungsgemäße Wärmetauscher läßt sich mit dem Ventilator zusammen in den Durchbruch einer Außenwand einbauen. In 2 ist diese Aussenwand mit 54 bezeichnet.

Claims

Luft-Luft-Wärmetauscher für Belüftungsanlagen, mit zwei im Gegenstrom geführten Luftbahnen und einem die entgegengesetzten Luftströme fördernden Ventilator (12), dadurch gekennzeichnet, dass die Luftbahn in einem geschlossenen, zylindrischen Gehäuse (10) angeordnet sind, in dessen innerem die erste Luftbahn innerhalb geschlossenen Kanälen verläuft, während die zweite Luftbahn in dem Zwischenraum zwischen den geschlossenen Kanälen und dem zylindrischen Gehäuse angeordnet ist, und dass der Ventilator (12) an einem Ende des zylindrischen Gehäuses angeordnet ist und einen Innenring (14) und einen entgegengesetzt fördernden Außenring (16) umfaßt.
Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Luftbahn innerhalb des zylindrischen Gehäuses in Rohren (28) angeordnet ist, während die zweite Luftbahn den Zwischenraum zwischen den Rohren (28) und dem zylindrischen Gehäuse einnimmt.
Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Innere des zylindrischen Gehäuses eine sektorförmige Unterteilung aufweist und dass die einzelnen Sektoren teilweise am Umfang des Querschnitts geschlossene Kanäle bilden, zwischen denen sich von außen offene Taschen für die zweite Luftbahn befinden.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanäle, ausgehend von dem Ventilator, zunächst konisch auseinanderlaufen, dann parallel verlaufen und schließlich wieder konisch zusammenlaufen.