DE102010000956B4 - The heat exchanger - Google Patents
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Abstract
Wärmeübertrageranordnung (1) bestehend aus einem in einer thermisch isolierten kammerartigen Umhausung (3) angeordneten Luft-Wärmeübertrager (2), einer Abtauvorrichtung (10) und einem Ventilator (5), wobei die kammerartige Umhausung (3) selbst einen Teil einer Strömungsleiteinrichtung bildet und durch den Luft-Wärmeübertrager (2) in einen Anströmraum (11) und einen Abströmraum (12) segmentiert ist und der Luft-Wärmeübertrager (2) verstellbare Klappen (4) aufweist, die auf einer Lufteintritts- und Luftaustrittsseite den Luftströmungspfad regulier- und absperrbar ausgebildet sind, wobei die Klappen (4) für das Abtauen des Luft-Wärmeübertragers (2) die Lufteintritts- und Luftaustrittsseite vollständig abdeckend und thermisch nach außen isolierend positionierbar ausgebildet sind.Heat exchanger assembly (1) consisting of a in a thermally insulated chamber-like housing (3) arranged air heat exchanger (2), a defrosting device (10) and a fan (5), wherein the chamber-like housing (3) itself forms part of a flow guide and is segmented by the air heat exchanger (2) into an inflow space (11) and an outflow space (12) and the air heat exchanger (2) adjustable flaps (4), the air flow path on an air inlet and air outlet side and shut off are formed, wherein the flaps (4) for defrosting the air-heat exchanger (2) the air inlet and air outlet side are completely covering and thermally outwardly positioned in isolation.
Description
Die Erfindung betrifft eine Wärmeübertrageranordnung, insbesondere für raumlufttechnische (RLT) – Anlagen oder in Anlagen zur Erzeugung von Kaltluft für Kühlprozesse.The invention relates to a heat exchanger arrangement, in particular for room ventilation (RLT) - systems or in plants for the production of cold air for cooling processes.
In vorgenannten Anlagen wird Luft thermisch behandelt und eine Grundfunktion dieser Anlagen besteht darin, Luft zu kühlen, um diese als Kaltluft für Klimatisierungszwecke oder andere Prozesse der Kühlung einsetzen zu können.Air is thermally treated in the abovementioned systems and a basic function of these systems is to cool air in order to use it as cold air for air conditioning purposes or other cooling processes.
Eine wichtige Komponente derartiger Anlagen bildet dabei der Luft-Wärmeübertrager, in welchem die Luft gekühlt wird. Als Wärme aufnehmendes Fluid kann dabei ein Kältemittel oder eine Kühlsole eingesetzt werden. Je nach Dimensionierung der raumlufttechnischen Anlagen in Abhängigkeit von den benötigten Kaltluftvolumenströmen sind die Luft-Wärmeübertrager als Komponenten zum Teil mannshoch ausgebildet und es entsteht ein nicht unerheblicher technischer und konstruktiver Aufwand, diese Wärmeübertrager effizient in die raumlufttechnischen Anlagen und diese in die Gebäude zu integrieren.An important component of such systems is the air-heat exchanger, in which the air is cooled. As a heat receiving fluid can be used a refrigerant or a cooling brine. Depending on the dimensioning of the ventilation and air conditioning systems depending on the required cold air flow rates, the air heat exchangers are partly man-high components and there is a considerable technical and design effort to efficiently integrate these heat exchangers in the air conditioning systems and these in the building.
Im Stand der Technik werden derartige Wärmeübertrager mittels schwerer Luftumlenkhauben in die RLT-Gesamtanlage integriert. Die Ventilatoren zur Förderung der zu kühlenden oder der gekühlten Luft sind dabei schräg angeordnet und es ergeben sich somit keine optimalen Betriebs-, Wartungs- und Reparaturbedingungen für diese Anlagenteile.In the prior art, such heat exchangers are integrated by means of heavy Luftumlenkhauben in the RLT overall system. The fans for conveying the cooled or cooled air are arranged obliquely and thus there are no optimal operating, maintenance and repair conditions for these parts of the system.
Die Luft-Wärmeübertrager zur Kühlung von Luft werden überwiegend unterhalb des Taupunktes der zu kühlenden Luft betrieben, sodass sich an den Wärmeübertragern Wasser als Kondensat abscheidet, welches sich bei Wärmeübertragertemperaturen unterhalb des Gefrierpunktes als Eis am Wärmeübertrager ablagert. Eine daraus resultierende Forderung an gattungsgemäße Wärmeübertrager besteht nunmehr darin, die Luft-Wärmeübertrager in regelmäßigen Abständen zur Erhaltung der Effizienz der Wärmeübertragung abzutauen und das dabei frei werdende Kondensat abzuführen. Dafür ist in aller Regel zusätzliche Energie in Form von Heizenergie erforderlich, um das Abtauen des Wärmeübertragers zeiteffizient zu bewerkstelligen.The air heat exchangers for cooling air are operated predominantly below the dew point of the air to be cooled, so that water separates as condensate at the heat exchangers, which deposits at the heat exchanger temperatures below freezing as ice on the heat exchanger. A resulting requirement for generic heat exchanger now consists in defrosting the air heat exchanger at regular intervals to maintain the efficiency of heat transfer and dissipate the liberated condensate. For this purpose, additional energy in the form of heating energy is usually required to accomplish the defrosting of the heat exchanger time efficient.
Aus der
In der
Aus der
Ein Nachteil der im Stand der Technik bekannten gattungsgemäßen Systeme besteht häufig darin, dass die durch zusätzliche Heizpatronen in den Luft-Wärmeübertragern integrierten Abtauvorrichtungen nicht energieeffizient arbeiten, weil ein Teil der eingebrachten Heizenergie entweicht, ohne das Abtauen des gefrorenen Kondensates zu bewirken.A disadvantage of the generic systems known in the art is often that the defrosting devices integrated by additional heating cartridges in the air-heat exchangers do not operate energy-efficiently, because a part of the introduced heating energy escapes, without causing the defrosting of the frozen condensate.
Es ist Aufgabe der Erfindung eine Wärmeübertrageranordnung zur Verfügung zu stellen, die materialsparend und energieeffizient ist und zudem wartungsfreundlich konstruiert ist.It is an object of the invention to provide a heat exchanger assembly available, which is material-saving and energy-efficient and also designed to be maintenance friendly.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Wärmeübertrageranordnung gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.The object is achieved by a heat exchanger assembly according to
Konzeptionsgemäß wird die Aufgabe insbesondere durch eine Wärmeübertrageranordnung gelöst, welche aus einem in einer thermisch isolierten kammerartigen Umhausung angeordneten Luft-Wärmeübertrager besteht. Der Luft-Wärmeübertrager weist darüber hinaus eine Abtauvorrichtung auf und es ist weiterhin in der kammerartigen Umhausung ein Ventilator zur Förderung der Luft vorgesehen. Die kammerartige Umhausung bildet einen Teil des Luftströmungsraumes und wird durch den Luft-Wärmeübertrager in einen Anströmraum und einen Abströmraum in Bezug auf die Wärmeübertragung segmentiert. Eine erfindungsgemäße Besonderheit des Luft-Wärmeübertragers besteht darin, dass dieser verstellbare Klappen aufweist, die auf einer Lufteintritts- und Luftaustrittsseite den Luftströmungspfad durch den Luft-Wärmeübertrager hindurch regulier- und absperrbar ausbildend angeordnet sind.According to the concept, the object is achieved, in particular, by a heat exchanger arrangement which consists of an air heat exchanger arranged in a thermally insulated, chamber-like housing. The air-heat exchanger also has a defrost on and it is further provided in the chamber-like enclosure a fan for conveying the air. The chamber-like enclosure forms part of the air flow space and is segmented by the air heat exchanger into an onflow space and an outflow space with respect to the heat transfer. An inventive feature of the air-heat exchanger is that it has adjustable flaps, which are arranged on an air inlet and air outlet side the air flow path through the air heat exchanger through and shut-off training forming.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Klappen des Luftwärmeübertragers thermisch isoliert ausgebildet. Besonders hervorzuheben ist, dass die Klappen eine Doppelfunktion aufweisen, da diese zum einen der Luftumlenkung während des Kühlbetriebes der Wärmeübertrageranordnung und zum anderen während des Abtaubetriebes der thermischen Isolierung des Luft-Wärmeübertragers für eine effiziente Abtauung dienen. Somit wird insgesamt die Energieeffizienz der raumlufttechnischen Komponente erhöht.According to a preferred embodiment of the invention, the flaps of the Luftwärmeübertragers are thermally insulated. Particularly noteworthy is that the flaps have a dual function, since these serve on the one hand the air deflection during the cooling operation of the heat exchanger assembly and on the other hand during defrosting the thermal insulation of the air-heat exchanger for efficient defrosting. Thus, the overall energy efficiency of the HVAC component is increased.
Die kammerartige Umhausung weist gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung eine begehbare Bodenplatte auf, die im Bereich des Anströmraumes luftdurchlässig als Ansaugbereich für die kammerartige Umhausung ausgebildet ist.The chamber-like enclosure, according to a preferred embodiment, a walk-on base plate, which in the region of the Anströmraumes permeable to air is designed as a suction for the chamber-like enclosure.
Der Ventilator ist bevorzugt im Abströmraum der kammerartigen Umhausung angeordnet, sodass der Luftstrom über den Ansaugbereich in der begehbaren Bodenplatte in den Anströmraum der Umhausung gelangt. Durch den Luft-Wärmeübertrager hindurch wird die Luft in den Abströmraum der Umhausung zum Ansaugbereich des Ventilators geleitet. Der Ventilator ist dabei gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung auf der Bodenplatte angeordnet und kann druckseitig direkt mit einem Lüftungsrohr verbunden werden.The fan is preferably arranged in the outflow chamber of the chamber-like housing, so that the air flow passes through the intake in the walk-in floor plate in the Anströmraum the housing. Through the air heat exchanger, the air is directed into the outflow space of the enclosure to the intake of the fan. The fan is arranged according to an advantageous embodiment of the invention on the bottom plate and can be connected directly to the pressure side with a ventilation pipe.
Um die Wärmeübertrageranordnung inspizieren, warten und reparieren zu können, ist in der kammerartigen Umhausung eine Inspektionstür vorgesehen. Weiterhin ist vorteilhaft am Luft-Wärmeübertrager eine Abtauvorrichtung mit einem Kondensatablauf ausgebildet. Eine der Möglichkeiten der Beheizung der Abtauvorrichtung besteht darin, dass Heizstäbe in den Luft-Wärmeübertrager integriert sind. Die Abtauvorrichtung mit dem Kondensatablauf sind über die Inspektionstür erreichbar.In order to inspect, maintain and repair the heat exchanger assembly, an inspection door is provided in the chamber-like enclosure. Furthermore, a defrosting device with a condensate drain is advantageously formed on the air heat exchanger. One of the possibilities of heating the defrosting device is that heating elements are integrated in the air-heat exchanger. The defrosting device with the condensate drain can be reached via the inspection door.
Eine konstruktive Besonderheit besteht darin, dass die kammerartige Umhausung aus einem Grundrahmen aufgebaut ist, an dem Elemente aus Isoliermaterial angeordnet sind. Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind an dem Grundrahmen Halterungen als Hängestangen ausgebildet, wodurch die kammerartige Umhausung an einer Gebäudedecke hängend montierbar ist. Selbstverständlich kann die Wärmeübertrageranordnung entsprechend der baulichen Gegebenheiten auch auf einem geeigneten Untergrund stehen.A constructional feature is that the chamber-like enclosure is constructed of a base frame, are disposed on the elements of insulating material. According to an advantageous embodiment of the invention, brackets are formed as suspension rods on the base frame, whereby the chamber-like enclosure is mounted hanging on a building ceiling. Of course, the heat exchanger arrangement can also be on a suitable surface according to the structural conditions.
Die Luftströmungsrichtung beim Eintritt in und beim Austritt aus der kammerartigen Umhausung ist vorteilhaft in entgegengesetzter Richtung parallel und vertikal ausgebildet. Hingegen ist die Luftströmungsrichtung durch den Luft-Wärmeübertrager hindurch horizontal, wobei die beiden Klappen des Luft-Wärmübertragers beim Lufteintritt und Luftaustritt die Luftführung, Luftumlenkung und die Luftmengendosierung bewirkend positionierbar sind. Dazu ist es vorteilhaft, die Klappen, über geeignete Motoren angetrieben, bewegbar auszubilden.The air flow direction when entering and exiting the chamber-like enclosure is advantageously formed parallel and vertical in the opposite direction. By contrast, the air flow direction through the air heat exchanger is horizontal, wherein the two flaps of the air heat exchanger at the air inlet and air outlet, the air duct, air deflection and the air flow metering can be positioned effecting. For this purpose, it is advantageous to form the flaps, driven by suitable motors, movable.
Somit ist die Klappenstellung während des Betriebs der raumlufttechnischen Anlage in das Steuerungs- und Regelungskonzept der Anlage einbindbar und es wird eine optimale Luftverteilung und ein optimales Abtauverhalten erreicht.Thus, the flap position during operation of the ventilation system in the control and regulation concept of the system is einbindbar and it is achieved optimal air distribution and optimal defrosting.
Die Klappen sind für das Abtauen des Luft-Wärmeübertragers derart vorteilhaft den Luft-Wärmeübertrager nach außen thermisch isolierend positionierbar, dass die Lufteintritts- und Luftaustrittsseite des Luft-Wärmeübertragers vollständig abgedeckt sind. Damit wird erreicht, dass beim Abtauen des Wärmeübertragers dieser nach außen hin derart thermisch isoliert ist, dass die Heizenergie, welche über die Abtauvorrichtung in den Luft-Wärmeübertrager zum Abtauen eingebracht wird, beinahe vollständig für den Abtauprozess genutzt werden kann.The flaps are for the defrosting of the air-heat exchanger so advantageously the air-heat exchanger outwardly thermally insulating positionable that the air inlet and air outlet side of the air-heat exchanger are completely covered. This ensures that during defrosting of the heat exchanger, the latter is thermally insulated to the outside in such a way that the heating energy, which is introduced via the defrosting device into the air-heat exchanger for defrosting, can be used almost completely for the defrosting process.
Die Vorteile der erfindungsgemäßen Wärmeübertrageranordnung bestehen in der einfachen konstruktiven Ausführung und Einbindung des Luft-Wärmeübertragers und der Wärmeübertrageranordnung in die raumlufttechnische Gesamtanlage, wobei eine gute Wartungs- und Reparaturfreundlichkeit erreichbar ist. Besonders hervorzuheben ist, dass die Heizenergie für das Abtauen des Wärmeübertragers in ihrer Effizienz deutlich gegenüber Ausgestaltungen nach dem Stand der Technik verbessert ist und somit der Energieeinsatz zum Abtauen deutlich reduziert ist. Ein weiterer Vorteil des Einsatzes der den Luftpfad begrenzenden Platten besteht darin, dass beim Abtauen auch keine Feuchtigkeit den Wärmeübertrager als Dampf verlassen kann und somit die Feuchtigkeit vollständig als Flüssigkeit über die Ablaufvorrichtung der Abtauvorrichtung die Wärmeübertrageranordnung verlässt. Damit wird das im Wärmeübertrager akkumulierte Kondensat wirksam aus dem Luftkreislauf entfernt und belastet auch nicht während des Abtauens als Dampf oder Feuchtigkeit den nachfolgenden Ventilator und die angrenzenden Luftströmungsräume.The advantages of the heat exchanger arrangement according to the invention consist in the simple structural design and integration of the air-heat exchanger and the heat exchanger assembly in the overall ventilation system, with good maintenance and repair friendliness can be achieved. Particularly noteworthy is that the heating energy for the defrosting of the heat exchanger is significantly improved in its efficiency over prior art designs and thus the energy used for defrosting is significantly reduced. Another advantage of using the air path limiting plates is that during defrosting, no moisture can leave the heat exchanger as steam and thus the moisture completely leaves the heat exchanger arrangement as a liquid via the discharge device of the defrosting device. Thus, the condensate accumulated in the heat exchanger is effectively removed from the air circuit and also does not load during defrosting as steam or moisture the subsequent fan and the adjacent air flow spaces.
Weiterhin wird für die Wärmeübertrageranordnung weniger Material benötigt, die Komponente und damit auch die Gesamtanlage wird leichter und materialeffizienter ausführbar, was sich positiv auf die Statik der Gesamtanlage und die Möglichkeiten der Einbindung einer raumlufttechnischen Anlage in ein Bauwerk auswirkt.Furthermore, less material is required for the heat exchanger assembly, the component and thus the overall system is easier and more efficient material executable, which has a positive effect on the statics of the entire system and the possibilities of integrating a ventilation system in a building.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen. Es zeigen:Further details, features and advantages of the invention will become apparent from the following description of exemplary embodiments with reference to the accompanying drawings. Show it:
In
Der konstruktive Aufbau der kammerartigen Umhausung
Der Luft-Wärmeübertrager
Durch die Segmentierung der kammerartigen Umhausung
Zur weiteren Verbesserung der Energieeffizienz sind die Klappen
Die Bodenplatte
Der Ventilator
In
Weitere Vorteile bestehen darin, dass die Ventilatoren
Besonders vorteilhaft ist weiterhin, dass keine Ventilatorringheizungen erforderlich sind und die Lage der Ventilatoren derart ausführbar ist, dass eine direkte Weiterleitung der gekühlten Luft ohne zusätzliche Umlenkung und somit mit minimalen strömungstechnischen Verlusten an das bauseitige Lüftungsrohr beziehungsweise in die weiterführenden Luftkanäle möglich ist.It is also particularly advantageous that no fan ring heaters are required and the position of the fans is executable such that a direct forwarding of the cooled air without additional deflection and thus with minimal fluidic losses to the on-site ventilation pipe or in the continuing air ducts is possible.
Die Dimensionen der kammerartigen Umhausung und der Inspektionstür
Mit der vorgeschlagenen Konstruktion ist es insgesamt möglich, das Gewicht der Wärmeübertrageranordnung
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- WärmeübertrageranordnungThe heat exchanger
- 22
- Luft-WärmeübertragerAir heat exchanger
- 33
- Umhausungenclosure
- 44
- Klappeflap
- 55
- Ventilatorfan
- 66
- LuftströmungsrichtungAir flow direction
- 77
- Halterungbracket
- 88th
- Bodenplatte der UmhausungBase plate of the enclosure
- 99
- Inspektionstürinspection door
- 1010
- Abtauvorrichtungdefrosting
- 1111
- Anströmraumintake space
- 1212
- Abströmraumoutflow
- 1313
- Lüftungsrohrventilation pipe
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