DE102017109792B4

DE102017109792B4 - Luftwärmeübertrager

Info

Publication number: DE102017109792B4
Application number: DE102017109792.9A
Authority: DE
Inventors: Harry Jentzsch; Michael Thiel
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2017-05-08
Filing date: 2017-05-08
Publication date: 2023-05-04
Anticipated expiration: 2037-05-09
Also published as: DE102017109792A1

Abstract

Luftwärmeübertrager (1), aufweisend ein Verteilelement (2),
wobei das Verteilelement (2) ein von einem Wärme- oder Kälteträgerfluid durchflossenes Verteilelement (2) ist oder als elektrischer Heizstab ausgebildet ist, und mindestens eine in Wärmekontakt mit dem Verteilelement (2) stehende Lamelle (3), wobei die Lamelle (3) am Verteilelement (2) flächig anliegt und
die Lamelle (3) über eine Kontaktfläche mit dem Verteilelement (2) wärmeleitend verbunden ist und
die Lamelle (3) auswechselbar und vom Verteilelement (2) abnehmbar ausgestaltet ist und
die Lamelle (3) als umlaufendes Band ausgebildet ist, wobei das umlaufende Band über zwei zueinander beabstandete Elemente (2, 7) umläuft, wobei mindestens ein Element als Verteilelement (2) ausgebildet ist und
die Lamelle (3) Wärmeträgerkammern (8) aufweist, wobei die Wärmeträgerkammern (8) zylinderförmig ausgebildet und in horizontaler Ausrichtung in die Lamelle (3) integriert ausgebildet sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen Luftwärmeübertrager, der im Wesentlichen aus einem Verteilelement und mit diesem in Wärmekontakt stehenden Lamellen aufgebaut ist. Das Verteilelement wird von einem Wärme- oder Kälteträgerfluid durchströmt, welche je nach Einsatzgebiet des Wärmeübertragers Wärme über die Lamellen an diese umströmende Luft abgibt oder aufnimmt.
Gattungsgemäße Wärmeübertrager werden eingesetzt, um beispielsweise Luft in Räumen zu erwärmen oder zu kühlen. Da Luftwärmeübertrager wegen der ungünstigen Wärmeübertragungsverhältnisse an Luft eine sehr große Wärme übertragende Oberfläche benötigen, werden zur Oberflächenvergrößerung auf der Luftseite Lamellen eingesetzt und diese Wärmeübertrager somit auch als Lamellenwärmeübertrager bezeichnet.
Die Einsatzgebiete von Luft- beziehungsweise Lamellenwärmeübertragern sind vielfältig und entsprechend mannigfaltig sind die konstruktiven Ausgestaltungen dieser Wärmeübertrager.
Beispielsweise ist aus der DE 10 2010 021 692 A1 ein Lamellenwärmeübertrager bekannt, welcher ein ein Wärmeträgermedium führendes Rohrelement aufweist, das von einer Vielzahl in Rohrhauptachsrichtung hintereinander angeordneten Lamellenelementen umschlossen ausgebildet ist. Das Rohrelement ist dabei einstückig ausgeführt und in Rohrhauptachsrichtung ist mindestens eine von den Lamellenelementen freigestellte Krümmung vorgesehen.
Aus der DE 10 2007 039 078 A1 geht ein Lamellenwärmeübertrager hervor, welcher wiederum ein Wärmeträgermedium führendes Rohrelement und mehrere, das Rohrelement umschließende Distanzelemente und jeweils ein zwischen zwei Distanzelementen angeordnetes, das Rohrelement umschließendes Lamellenelement aufweist. Jedes Distanzelement wird durch Aufweitung des Rohrelementes an diesem fixiert, wobei die Lamellenelemente und die Distanzelemente vor der Aufweitung des Rohrelements in Axialrichtung des Rohrelements gesehen zueinander verpresst werden.
Den genannten Ausgestaltungen von Lamellenwärmeübertragern nach dem Stand der Technik ist gemeinsam, dass die Lamellen senkrecht zur Achse des Verteilerrohres des Wärmeübertragers ausgerichtet sind und dass das Wärmeträgermedium führende Verteilerrohr als wärmeübertragende Fläche nur im Bereich der Dicke der Lamelle mit dieser thermisch kontaktiert ist. Diese Art des ringförmigen Kontakts von Verteilerrohr und Lamelle zur Wärmübertragung führt naturgemäß zu einem relativ geringen Wärmefluss.
Aus der DE 35 21 378 A1 geht ein Wärmetauscher in Form von Rippenrohren oder Lamellen hervor, deren Lamellen durch entsprechende Formgebung und/oder zusätzliche Spannelemente großflächig und so fest mit den Rohren verbunden sind, dass ein besonderes hoher Wärmeübergang gewährleistet ist.
Die US 2007/0034367 A1 offenbart einen Wärmeübertrager, dessen Lamellen aus Aluminium, Stahl, Kupfer, Kunststoff oder Ähnlichem ausgeführt sind. Die Lamellen sind auf die Wärmeübertragerrohre aufgeclipst.
Die DE 692 00 319 T2 offenbart einen zylindrischen Mantel mit großem Durchmesser zur Kühlung von Teilen und ein Verfahren zu dessen Herstellung.
Dabei werden abgewinkelte Lamellen auf den zylindrischen Mantel des Wärmeübertragerrohres spiralförmig aufgewickelt.
Die DE 24 33 790 C2 zeigt einen elektrischen Heizstab und die DE 20 2013 100 848 U1 zeigt eine Vorrichtung zur Temperierung eines Raumes, wobei in die Lamellen eine Wärmeübertragerkammer mit Phasenwechselmaterial angeordnet ist.
Aus der DE 40 42 072 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung einer Kühlwalze bekannt, die durch ein Außenrohr, ein Innenrohr, und durch in dem Ringspalt zwischen beiden angeordnete mit Außen- und Innenrohr verlöteten Wellrippen gebildet wird.
Aus der FR 2 311 268 A1 ist ein Wärmetauscher bekannt, der einen durchgehenden Riemen aufweist, der um zwei Trommeln läuft, von denen mindestens eine angetrieben wird.
Aus der US 3 627 036 A ist ein Wärmeaustauschsystem bekannt, bei dem die Wärmeübertragung durch ein Medium aus festen Körpern bewirkt wird, die entlang eines Weges in einer einzigen Reihe bewegbar sind.
Eine weitere Art von Wärmeübertragern zur Kühlung oder Heizung von Raumluft besteht in der Ausprägung als konventionelle Heizkörper mit starren lamellenartigen Ausformungen zur Vergrößerung der Oberfläche auf der Luftseite. Alternativ sind Raumluftheizkörper bekannt, die im Unterschied zu Lamellenheizkörpern als Flächenheizkörper vom Wärmeträgermedium durchströmt ausgebildet sind.
Diesen Wärmeübertragern ist gemeinsam, dass die wärmeübertragende Fläche relativ klein und die Flexibilität bei der Anpassung der Wärmeübertragungskapazitäten gering beziehungsweise nicht vorhanden ist, da beispielsweise die Wärmeübertragungsfläche nicht veränderbar ist. Nur durch den Durchfluss und die Temperatur des Wärmeträgermediums ist eine Anpassung und Regulierung der Heiztemperatur möglich.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Luftwärmeübertrager zu schaffen, der eine einfache Anpassung und Regulierung der Wärmeübertragungsfläche sowie eine leichte Reinigung der Lamellen ermöglicht.
Die Aufgabe wird durch einen Gegenstand mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
Die Aufgabe der Erfindung wird insbesondere durch einen Luftwärmeübertrager gelöst, der im Wesentlichen ein Verteilelement, wobei das Verteilelement ein von einem Wärme- oder Kältefluid durchflossenes Verteilelement ist oder als elektrischer Heizstab ausgebildet ist, und mindestens eine in Wärmekontakt mit dem Verteilelement stehende Lamelle aufweist, bei dem die Lamelle am Verteilelement flächig anliegt, wobei die Lamelle über eine Kontaktfläche mit dem Verteilelement wärmeleitend verbunden ist und die Lamelle auswechselbar und vom Verteilelement abnehmbar ausgestaltet ist, die Lamelle als umlaufendes Band ausgebildet ist, wobei das umlaufende Band über zwei zueinander beabstandete Elemente umläuft, wobei mindestens ein Element als Verteilelement ausgebildet ist. Das Verteilelement wird dabei von einem Wärme- oder Kälteträgerfluid durchflossen und die Lamellen nehmen entsprechend Wärme vom Verteilelement auf und geben es an die Umgebungsluft ab oder nehmen Wärme aus der Umgebungsluft auf und geben es an den Kälteträger im Verteilelement ab.
Die Lamelle besitzt zum Zwecke des Wärmeübergangs eine gemeinsame Kontaktfläche mit dem Verteilelement, wobei die Besonderheit darin besteht, dass die Lamelle ohne eine aufwändige Demontage vom Verteilelement abgenommen und von diesem getrennt werden kann. Die Lamelle kann auf diese Weise leicht ausgetauscht oder der Wärmeübertrager um diese Lamelle zur Verminderung der Oberfläche reduziert werden. Besonders bevorzugt ist die Lamelle aus einem flexiblen und gut wärmeleitenden Material ausgebildet.
Nach einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Lamelle aus einem textilen Material oder Kunststoff ausgebildet, welcher sehr gute wärmeleitende Eigenschaften und Wärmeübergänge aufweist.
Bevorzugt wird als Material für die Lamelle auch Metallblech oder Metallfolie eingesetzt, da Metalle und insbesondere Aluminium oder Kupfer hervorragende Wärmeübertragungseigenschaften aufweisen.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Lamelle hängt diese vom Verteilelement beidseitig herab und wird somit durch diese ihrer Länge nach geteilt. Die Lamellenhälften hängen, durch die Dicke des Verteilelements zueinander beabstandet, parallel vom Verteilelement herunter.
Alternativ dazu wird die Lamelle am Verteilelement mit einem Ende fixiert und hängt nur auf einer Seite des Verteilelements herab.
Nach einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das Verteilelement um seine Längsachse rotierbar ausgebildet und die Lamelle damit auf das Verteilelement aufrollbar ausgestaltet. Auf diese Weise kann die wärmeübertragende Oberfläche, die Lamelle, durch das Aufrollen oder das Abrollen der Lamelle auf oder vom Verteilelement gesteuert werden.
Bevorzugt ist das Verteilelement als Rohr ausgebildet und die Lamelle hängt über das Rohr beidseitig herunter, wobei es an dem oberen Segment des Zylinders des Verteilrohres halbkreisförmig flächig anliegt und sich tangential vom Zylinder des Verteilelements nach unten erstreckt.
Weiterhin wird die Lamelle bevorzugt formschlüssig mit dem Verteilelement verbunden, wobei die Lamelle an einem möglichst großen Bereich des Verteilelements anliegt. Damit wird eine möglichst große Kontaktfläche zwischen der Lamelle und dem Verteilelement erreicht.
In besonders vorteilhafter Weise wird nach dem Stand der Technik die Lamelle formschlüssig in der Art einer Clip-Verbindung mit dem Verteilelement verbunden, wobei durch eine aufgetragene mechanische Spannung die Spalten zwischen den Oberflächen von Lamelle und Verteilelement gering gehalten und durch die Anpresskraft der aufeinanderliegenden Oberflächen die Wärmeübertragung verbessert wird.
Eine weitere Ausgestaltung nach dem Stand der Technik besteht darin, dass eine Kontaktklammer zur Verbesserung der wärmeleitenden Verbindung von Lamelle und Verteilelement vorgesehen ist. Die Kontaktklammer bewirkt eine Flächenpressung durch das Aufeinanderpressen der Oberflächen von Verteilelement und Lamelle und führt damit zu einer Verbesserung des Wärmeübergangs zwischen Verteilelement und Lamelle.
Eine alternative erfindungsgemäße Ausgestaltung des Verteilelements besteht in der Ausführung als elektrischer Heizstab, wobei in dieser Ausgestaltung der Luftwärmeübertrager nur als Heizkörper eingesetzt werden kann.
Eine besondere Ausführungsform der Erfindung stellt ein Energierollo dar, welches wahlweise mit Heiz- oder Kühlmedium beschickbar ist. Es ist vorteilhaft einfach nachrüstbar und vielfältig einzusetzen. Die Wärmeübertragungsfläche für die Luft besteht konzeptionsgemäß aus Lamellen aus gut wärmeleitendem Material, welche mit dem Verteilerbalken optimal verbunden sind.
Die Wärmeübertragungsfläche kann sowohl in ihren Wärmeübertragungseigenschaften durch den Wechsel der Lamellen sowie durch die Größe der Lamellen angepasst werden.
Ein besonders vorteilhafter Nebeneffekt besteht darin, dass sich die Wärmeübertragungsflächen durch die modulare Bauweise auch abnehmen und leicht reinigen lassen.
Neben den thermodynamischen Vorteilen ergibt sich zusätzlich noch der vorteilhafte Effekt der Gestaltung der Oberflächen in ästhetischer Hinsicht oder auch die Nutzung der Oberfläche der Lamellen als auswechselbare Werbefläche. Der Luftwärmeübertrager ist somit gleichzeitig auch ein dekoratives Raumelement sowie eine Informationsübermittlungsmöglichkeit.
Besonders hervorzuheben in Bezug auf die Einsatzmöglichkeiten in der Raumklimatisierung, also der Raumluftheizung oder Raumluftkühlung, ist, dass mit einem Luftwärmeübertrager je nach verwendetem Heiz- oder Kühlmedium sowohl eine Beheizung als auch eine Kühlung des Raumes durchgeführt werden kann. Durch das geschlossene Wärme- oder Kälteträgersystem besteht kein Legionellenproblem bei dieser Art von Raumluftheizung oder -kühlung. Bevorzugt geeignet ist diese schonende Art der Klimatisierung deshalb für den medizinischen Bereich in Krankenhäusern oder Arztpraxen.
Eine weiter vorteilhafte Ausgestaltung besteht darin, dass die Lamellen des Luftwärmeübertragers durch einen Luftstrom oder einen anderweitigen mechanischen Antrieb bewegt werden können, was die Konvektion an der Oberfläche und damit die Wärmeübertragung drastisch verbessert.
Der erfindungsgemäße Luftwärmeübertrager ist vielfältig einsetzbar. Aufgrund der Größe der Lamellenfläche und der Variabilität bei der Gestaltung der Fläche ist ein Einsatz als Raumteiler, Werbeträger, Sichtschutz, Schallschutz, Dekorationselement, Sonnensegel oder als Rollo vorteilhaft möglich.
Die Flexibilität der Wärmeübertragerfläche ermöglicht den Einsatz als flexiblen Heiz- oder Kühlkörper, die Verwendung als Industriebänder, bei Rolltreppen und bei Rollsteigen.
Besondere Einsatzgebiete erschließen sich durch die Funktion der Entfeuchtung und der Verhinderung von Schimmelbildung und der Vermeidung von Kondenswasserbildung an Glasfassaden beispielsweise.
Insgesamt weist der erfindungsgemäße Luftwärmeübertrager als flexibler, dreidimensionaler Wärmeübertrager Funktionalitäten zum Heizen, Kühlen und Entfeuchten auf, wobei Wärmeübertragungsvorgänge durch Absorption und Strahlung je nach Anwendungsfall realisiert werden.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile von Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen. Es zeigen:

1: Luftwärmeübertrager in der Vorderansicht,
2: Luftwärmeübertrager in der Seitenansicht,
3: Luftwärmeübertrager mit umlaufender Lamelle in der Seitenansicht,
4: Luftwärmeübertrager mit umlaufender Lamelle in der Vorderansicht,
5: Lamellenpaar mit Wärmeträgerkammern,
6: Kontur Verteilelement und Spannelement,
7: Luftwärmeübertrager mit Verteil- und Spannelement und umlaufender Lamelle,
8: Luftwärmeübertrager mit umlaufender Lamelle und Verteilelement,
9: Luftwärmeübertrager mit Spannelement und Verteilelement mit integrierten Kondensatsammler,
10: Ausschnitt Lamelle mit Luftdurchtritten und Wärmeträgerkammern,
11: Ausschnitt vollflächige Lamelle mit Wärmeträgerkammern,
12: Luftwärmeübertrager mit Einzellamelle,
13: Luftwärmeübertrager mit Gehäuse,
14: Luftwärmeübertrager mit Antriebsrädern,
15: Luftwärmeübertrager mit Lüfter,
16: Luftwärmeübertrager mit wechselbaren, vertikal durchströmten Lamellen,
17: Detail aus 16
18: Luftwärmeübertrager mit wechselbaren, horizontal durchströmten, gestreckten Lamellen,
19: Luftwärmeübertrager mit wechselbaren, horizontal durchströmten, gestauchten Lamellen und
20: Luftwärmeübertrager gemäß 19 in der Draufsicht.

In 1 ist ein Luftwärmeübertrager 1 in der Vorderansicht dargestellt. Ein Verteilelement 2 in der Ausgestaltung als ein von Wärme- oder Kälteträgerfluid durchströmtes Rohr mit horizontaler Ausrichtung ist gezeigt, von dem mehrere Lamellen 3 herabhängen. Die Lamellen 3 sind aus einem flexiblen, biegsamen Material streifenförmig ausgeführt und liegen am Verteilelement 2 des Luftwärmeübertragers 1 flächig an, um von diesem Wärme aufzunehmen oder im Kühlfall an dieses abzugeben. Das Verteilelement 2 weist einen Wärme- oder Kälteträgereingang 4 sowie gegenüberliegend einen Wärme- oder Kälteträgerausgang 5 auf, über welche das Wärme- oder Kälteträgerfluid den Luftwärmeübertrager 1 passiert, wobei die Wärme entsprechend über das Verteilelement 2 an die Lamellen 3 abgegeben oder von diesen aufgenommen wird. Die Lamellen 3 sind in mehreren Streifen über das Verteilerrohr als Verteilelement 2 hängend angeordnet oder alternativ auch als eine große Fläche über das Verteilerrohr 2 hängend ausgeführt.
In 2 ist die Ausgestaltung des Luftwärmeübertragers 1 in der Seitenansicht dargestellt, so dass die Lamelle 3 als durch das Verteilelement 2 am obersten Punkt halbiert erkennbar ist. Die Dicke des Verteilelements 2 beabstandet die beiden Lamellenhälften zueinander, so dass Luft zwischen den beiden Lamellenhälften hindurchströmen kann. Im Bereich der Kontaktfläche zwischen dem Verteilelement 2 und der Lamelle 3 ist eine Kontaktklammer 6 vorgesehen, welche durch klammerartigen Druck auf die Kontaktflächen den Wärmeübergang zwischen dem Verteilelement 2 und der Lamelle 3 günstig beeinflusst.
Die Lamellen 3 sind über das Verteilelement 2 gelegt und werden durch die Auflage auf dem Verteilelement 2 halbiert. Es sind mehrere Lamellen 3 in ihrer Fläche tangential vom zylindrischen Rohr des Verteilelements 2 nach unten hängend auf dem Verteilelement 2 angeordnet. Über die Kontaktfläche zwischen der Lamelle 3 und dem Verteilelement 2 nimmt die Lamelle 3 Wärme auf und führt diese durch Wärmeleitung entlang der Lamelle 3 auf beiden Seiten der Lamelle 3 nach unten. Die Lamelle 3 gibt über Konvektion und einen Strahlungsanteil Wärme an die Luft ab.
Die Lamelle 3 hängt, im Querschnitt von 2 gut dargestellt, tangential über das Rohr herunter und liegt dabei halbkreisförmig an dem gut wärmeleitenden Material des Verteilelements 2 an.
Neben der Ausgestaltung der Lamellen 3 aus Aluminiumfolie oder Blech werden vorteilhaft auch textile Materialien mit beispielsweise eingearbeiteten Metallfäden zur Verbesserung der Wärmeleitung als Lamellen 3 eingesetzt. Alternativ sind Kunststoffe als Folie oder als blechartige dünne Flächengebilde mit möglichst guten Wärmeübertragungseigenschaften für eine Wärmeübertragung an die Luft eingesetzt.
Je nach Anwendungsfall sollen die Eigenschaften des Materials geeignet für die Wärmeabstrahlung im Heizfall oder für die Wärmeabsorption im Kühlfall ausgewählt sein.
Die Lamellen 3 sind generell leicht auswechselbar und können beispielsweise zum Zwecke der Reinigung oder zur Farbgebung leicht ausgetauscht werden. Die leichte Austauschbarkeit der Lamellen 3 wird neben der Veränderung der thermodynamischen Eigenschaften des Luftwärmeübertragers 1 auch dazu genutzt, die Farbe zu verändern, so dass der Luftwärmeübertrager auch als Dekorationselement wirkt. Die Lamellen 3 können weiterhin zum Zwecke der Werbung bedruckt werden.
Über die Anpassung der Länge und der Breite der Lamellen 3 erfolgt eine Veränderung der Wärmeübertragerfläche und darüber kann der Heiz- oder Kühleffektes gesteuert werden.
Das Verteilelement 2 wird bevorzugt um seine Längsachse drehbar ausgeführt, so dass die Lamellen 3 in der Art eines Rollos auf das Verteilelement 2 aufgerollt werden können, damit ihre Länge und im Ergebnis die wärmeübertragende Fläche an die Luft verändert werden kann. Besonders bevorzugt wird ein elektrischer Antrieb der Verteilelemente 2 dabei durch den Einsatz von Photovoltaik unterstützt und besonders vorteilhaft wird zumindest ein Teil der Elektroenergie von Photovoltaikzellen erzeugt, die in die Lamellen 3 integriert sind.
In 3 und 4 ist eine alternative Ausgestaltung eines Luftwärmeübertragers 1 in Seitenansicht und in Vorderansicht dargestellt. Der Luftwärmeübertrager 1 besteht im Wesentlich analog zu der Ausgestaltung nach 1 und 2 aus einem Verteilelement 2 sowie mit diesem in thermischem Kontakt befindlichen Lamellen 3. Die streifenförmig ausgeführten Lamellen 3 bilden jedoch ein geschlossenes Band, welches oben über das Verteilelement 2 läuft und unten um ein Spannelement 7 herumläuft, wobei das Spannelement 7 bevorzugt ähnliche Dimensionen wie das Verteilelement 2 besitzt. In der Seitenansicht gemäß 3 ist das Verteilelement 2 und das Spannelement 7 im Querschnitt gezeigt und die umlaufende Lamelle 3 verbindet die beiden Elemente 2, 7. Das auf diese Art gebildete Rollo besitzt in Längsrichtung der Elemente 2, 7 sich gegenüberliegende Achsen, um welche die Elemente jeweils gedreht werden. Dabei ist die obere Begrenzung durch das Verteilelement 2 gegeben und das untere Spannelement 7 dient lediglich der Spannung der Lamelle 3. Alternativ wird nur das obere oder das untere Element 2,7 angetrieben oder beide Elemente 2, 7 werden aktiv betrieben. Die Anordnung der zwei sich gegenüberliegenden und zueinander beabstandeten Achsen im Raum ist frei wählbar, wodurch auch komplexe Raumgeometrien erzeugbar sind. Die vorhangartig ausbildeten Lamellen dienen der Oberflächenvergrößerung und ergänzen gegebenenfalls vorhandenen Wärmeübertrager im Raum. In der Anwendung zum Heizen wird der Vorhang aus den Lamellen zum Strahlungselement und im Kühlfall absorbieren die Lamellen die Wärme, um sie an den Kälteträger im Inneren des Verteilelements 2 abzugeben.
In 5 ist eine vorteilhafte Ausgestaltung von zwei streifenförmigen Lamellen 3 mit Wärmeträgerkammern 8 quer zur Längsrichtung der Lamellen 3 prinziphaft dargestellt. In der Art eines streifenförmigen Musters sind die Wärmeträgerkammern 8 in beziehungsweise an der Lamelle 3 ausgeführt. Bei größeren Leistungen können die Wärmeträgerkammern 8 mit Wärmeträgern, zum Beispiel Wasser oder auch mit Latentwärmespeichermaterialien gefüllt ausgeführt werden, wobei letztere durch den Phasenübergang größere Wärmemengen zur Aufnahme beziehungsweise zur Abgabe speichern können.
Die Auswahl der konkret eingesetzten Wärmeträger oder Latentspeichermaterialien hängt vom zu kühlenden Umfeld und vom Temperaturbereich ab. In Abhängigkeit der Drehzahl des Umlaufes der Lamellen 3 mit den Wärmeträgerkammern 8 und der davon abhängigen Kontaktzeit der Lamelle 3 mit dem Verteilelement 2 können unterschiedliche Kälte- oder Wärmeleistungen übertragen werden.
Die Lamellen 3 des Luftwärmeübertragers 1 werden auch als Rollo bezeichnet und sind gemäß 5 als Streifenvorhang ausgebildet, wobei die Streifen aus den Wärmeübertragerkammern 8 über die gesamte Breite oder auch nur partiell in die Lamelle 3 eingearbeitet und an dieser ausgebildet sein können.
In 6 sind zwei Verteilelemente 2 dargestellt, welche in ihrer Außenkontur entsprechend an die Aufnahme der Außenkontur der Wärmeträgerkammern 8 angepasst sind. Es sind somit Ausnehmungen 16 gebildet, welche halbkreisförmig ausgebildet und entlang des Umfanges des Verteilelements 2 äquidistant angeordnet sind. Beispielhaft ist jeweils eine Wärmeübertragerkammer 8 eingearbeitet beziehungsweise formschlüssig von der Ausnehmung 16 aufgenommen dargestellt. Eine Vergrößerung zeigt die Ausnehmung 16 und die aktiv zum Transport oder alternativ passiv zur Führung aufgenommene Wärmeträgerkammer 8.
In den 7, 8 und 9 sind jeweils Luftwärmeübertrager 1 mit umlaufenden Lamellen 3 in verschiedenen Konfigurationen und jeweils in Seitenansicht dargestellt.
7 zeigt die Ausgestaltung eines Luftwärmeübertragers 1 mit einem Verteilelement 2 oben, einem Spannelement 7 unten und einer umlaufenden Lamelle 3 mit Wärmeträgerkammern 8 in Längsrichtung von Verteilelement 2 und Spannelement 7, wobei die Längsrichtung von Verteilelement 2 und Spannelement 7 der Querrichtung der Lamelle 3 entspricht. Das Verteilelement 2 und das Spannelement 7 sind dabei mit entsprechenden, nicht dargestellten und näher bezeichneten Ausnehmungen gemäß 6 versehen, welche die Wärmeübertragerkammern 8 entlang des Umfangs der Elemente 2,7 aufnehmen.
In 7 ist das Verteilelement 2 angetrieben ausgebildet und das Spannelement 7 läuft ohne Antrieb mit. Bevorzugt ist das Spannelement 7 nur durch das Eigengewicht des Spannelementes 7 eine Kraft auf die Lamelle 3 aufbringend ausgeführt.
In 8 wird das Rollo, der Luftwärmeübertrager 1, ohne ein Spannelement 7 betrieben und die Form der Lamelle 3 wird nur durch deren Eigengewicht gehalten. Das Eigengewicht wird dabei überwiegend durch das Gewicht der Wärmeträgerkammern 8 bestimmt.
In 9 ist ein Luftwärmeübertrager 1 dargestellt, der als untere Rolle das Verteilelement 2 und als obere Rolle das Spannelement 7 aufweist. Die Lamelle 3 ist wiederum als umlaufende Lamelle ausgeführt und weist integrierte Wärmeübertragerkammern 8 auf.
Der Luftwärmeübertrager 1 kann bei entsprechenden Einsatzbedingungen zum Entfeuchten von Raumluft eingesetzt werden, indem der Taupunkt gezielt unterschritten wird. Es kommt dann zur Kondensatbildung an der Wärmeübertragerwalze, der Lamelle 3 und den Wärmeträgerkammern 8 und das entstehende Tauwasser wird über den Kondensatsammler 20, der in ein Gehäuse 18 eingearbeitet ist, abgeleitet.
Um das Verteilelement 2 herum ist das Gehäuse 18 ausgebildet, an dessen tiefstem Punkt bevorzugt ein Kondensatsammler ausgeführt ist. Damit wird der Luftwärmeübertrager 1 bevorzugt als Kühler betrieben, der bei Temperaturen unterhalb des Taupunktes der Luft Kondensat abscheidet, welches in das Gehäuse 18 schwerkraftgetrieben läuft und von dort über den Kondensatsammler 20 abgeleitet wird.
In einem anderen Anwendungsfall wird der Taupunkt nicht unterschritten und es wird eine trockene Kühlung realisiert, was insbesondere in Bereichen vorteilhaft ist, wo die Bakterienbildung aus hygienischen Gründen eine besondere Rolle spielt.
In den 10 und 11 sind Ausgestaltungen der Lamelle 3 dargestellt.
10 zeigt zwischen den benachbarten Wärmeträgerkammern 8 angeordnete Luftdurchtritte 19 in der Lamelle 3, so dass eine bessere Kovektion und damit verbunden einen höhere Leistung bei der Wärmeübertragung erreicht werden kann.
In 11 ist ein Ausschnitt aus einer Lamelle 3 mit den quer angeordneten Wärmeträgerkammern 8 in vollflächiger Ausführung dargestellt.
In 12 ist die Ausführung einer Lamelle 3 als breites Lamellenband und somit nicht unterteilte Wärmeübertragerfläche im Ganzen mit quer angeordneten Wärmeträgerkammern 8 dargestellt. Die Lamelle 3 erstreckt sich somit im Unterschied zu den vorangehend beschriebenen Ausgestaltungen über die gesamte Länge des Verteilelementes 2 und bildet eine durchgängige Fläche.
In den 13, 14 und 15 sind Ausgestaltungen des Verteilelements 2 und der Führung der Lamelle 3 dargestellt.
In 13 wird das Verteilelement 2 umgeben von einem Gehäuse 18. Das Gehäuse 18 dient auch als Führung für die Lamelle 3 entlang des Umfangs des Verteilelements 2. In den Ausnehmungen 16 des Verteilelements 2 greifen die Wärmeträgerkammern 8 ein und werden am Umfang des Verteilelements 2 anliegend und mit diesem somit in thermischen Kontakt tretend herumgeführt. Die zwangsweise Führung der Lamelle 3 durch das Gehäuse 18 ermöglicht die Ausnutzung eines größeren Umfanges und damit einer längeren Zeit der Wärmeübertragung des Verteilelements 2 an die Lamelle 3 mit den Wärmeträgerkammern 8. Das Gehäuse 18 realisiert so eine Zwangsführung über den 180° Winkel beim tangentialen Herabhängen der Lamelle 3 vom Verteilelement 2 hinaus. Dies führt zu einem größeren Umspannungswinkel der Lamelle 3 und zu einer längeren Wärmeübertragung.
In 14 ist eine Ausgestaltung des Verteilelements 2 dargestellt, welche ohne die Führung der Lamelle 3 mit den Wärmeträgerkammern 8 durch ein Gehäuse 18 auskommt. Die Funktion der Führung der Lamelle 3 mit den Wärmeträgerkammern 8 wird durch zwei Antrieb- und/oder Führungsräder 17 realisiert, welche beidseits des Verteilelements 2 angeordnet sind und die Umschlingung des Verteilelements 2 über den 180 Grad-Winkel hinaus realisieren. Um beim aktiven Transport der Lamelle 3 mit den Wärmeträgerkammern 8 unterstützen zu können, sind in den Antriebs- und Führungsrädern 17 Ausnehmungen 16 für die Wärmeträgerkammern 8 vorgesehen.
In 15 ist die Ausgestaltung gemäß 13 weitergebildet, indem ein Lüfter 14 vorgesehen ist, welcher das Gehäuse 18 mit Luft beaufschlagt, um den Wärmeübertragungsvorgang durch erzwungene Konvektion innerhalb des Gehäuses noch effizienter zu gestalten.
Dies ist optional bei größerer Leistung zur Unterstützung der Wärmeübertragung vorteilhaft und das Gehäuse 18 wirkt über die Funktion der Führung und der Bildung von Wärmeübertragungsbereichen hinaus als ein Sichtschutz.
Der Wärmeübergang vom Verteilelement 2 auf die Lamelle 3 mit den Wärmeträgerkammern 8 erfolgt durch Kontaktwärmeleitung. Besonders bevorzugt ist bei den dargestellten Ausgestaltungen der Lamelle 3 mit Wärmeträgerkammern 8 die Ausführung, dass die Wärmeträger optional aus den Lamellen 3 entnehmbar sind und so die Lamellen, beispielsweise in gewöhnlichen Haushaltswaschmaschinen, waschbar sind.
Gemäß 13 dient das Gehäuse 18 gleichzeitig als optisches Element zum Einfassen des Motors sowie zum Betreiben des Rollos. Ein weiterer Nutzen ist der verlängerte Kontakt der Kammer auf dem Verteilelement 2, wodurch mehr Zeit für den Wärmeübertragungsvorgang zur Verfügung gestellt wird.
In den 16 bis 20 werden alternative Lamellen 3 dargestellt, wobei die Besonderheit darin besteht, dass die Lamellen als Schlauchlamelle 9 ausgeführt sind. Das Verteilelement 2 ist in diese Ausgestaltung der Erfindung als Verteilerbalken 12 ausgeführt, wobei am Verteilerbalken 12 mehrere Schnellkupplungen 13 für die Schlauchlamellen 9 angeordnet sind. Der Vorlauf der Wärme- oder Kälteträger erfolgt über den Verteilerbalken 12, wogegen der Rücklauf über den Sammlerbalken 15 erfolgt, welcher seinerseits mit geeigneten Schnellkupplungen 13 ausgestaltet ist. Auf diese Weise können die Schlauchlamellen 9 schnell und effizient mit der Zu- und Ableitung des Verteilerbalkens 12 und des Sammlerbalken 15 verbunden werden. Die Schlauchlamellen 9 weisen einen Schlauch 11 auf, durch welchen die Wärme- oder Kälteträger unmittelbar durch die Lamellen hindurchströmen. Dabei wird jeweils ein Ventil zum Absperren der Wärme- oder Kälteüberträgerdurchströmung der Schlauchlamelle 9 angeordnet. Die Schnellkupplung 13 und das Rücklaufventil 10 verbinden den Schlauch 11 mit dem Verteilerbalken 12 beziehungsweise dem Sammlerbalken 15. Der Schlauch 11 ist thermisch gut leitend in die Schlauchlamelle 9 integriert.
17 zeigt eine Detailansicht des Verteilerbalkens 12 und des Sammlerbalkens 15 mit den lösbaren Verbindungen der Schlauchlamellen 9. Die lösbaren Verbindungen sollen das einfache Abnehmen der Schlauchlamellen 9 in der Art eines Vorhangs möglich machen. Durch die Rückschlag- bzw. Rücklaufventile 10 können diese über eine Art Schnellkupplung 13 einfach geöffnet und geschlossen werden, ohne dass sich der Verteilerbalken 12 dabei entleert. Dadurch sind die Schlauchlamellen 9 geeignet für ein schnelles Entfernen zum Waschen oder das problemlose Wiederanbringen. Durch das Gewicht der einzelnen Lamellen wird diese zusätzlich gehaltert. Beispielsweise ist ein Seil in die Lamellen eingewebt, welches die Spannungen abfängt.
In 18 ist die Lamelleneinheit als horizontale Aufbauversion im Unterschied zu den vertikalen Ausgestaltungen der 16 und 17 zu sehen. Die Grundfunktionen für das Heizen und Kühlen sind in gleicher Weise realisiert. Die horizontalen Schlauchlamellen 9 weisen zusätzliche Ständer 21 auf, welche die Lamelle 3 vertikal stützen und stabilisieren. Die Schlauchlamellen 9 sind analog wie die vertikalen Ausführungen von Schläuchen 11 für das Wärmeübertragungsmittel durchzogen und über Schnellkupplungen 13 und Rücklaufventile 10 mit den Verteilerbalken 12 und den Sammlerbalken 15 verbunden. Über die Ständer 21, die auch als Halterungen oder Füße bezeichnet werden, ist die Aufstellung der Schlauchlamellen 9 im Raum variabel. Der Luftwärmeübertrager 1 ist damit in der Art einer spanischen Wand auch als Raumteiler oder Dekorationselement im Raum positionierbar und kann durch eine vorgebbare Faltung auf- oder zugefahren werden. Die aufgefaltete gestreckte Version ist in 18 dargestellt, die zusammengefaltete ist in der Vorderansicht in 19 und in der Draufsicht in 20 dargestellt. Unter Beachtung der Biegeradien der Schlauchlamellen 9 sind die Luftwärmeübertrager 1 variabel auch gestalterisch im Raum einsetzbar.
Durch die frei wählbare Form kann der Luftwärmeübertrager an beliebige Konturen innerhalb des Raumes angepasst werden. So kann die Schlauchlamelle 9 unmittelbar an Personen oder Arbeitsplätze herangerückt oder um eine Person herum geformt werden. Die Strahlungsfläche kann somit unmittelbar in Richtung und Größe an die Bedürfnisse angepasst werden.
Mit den beschriebenen Ausgestaltungen der 16 bis 20 ist mit den Schlauchlamellen 9 eine Alternative zu den leicht abnehmbaren und wechselbaren Lamellen 3 der Ausführungsbeispiele der 1 bis 15 angegeben.
Bezugszeichenliste

1: Luftwärmeübertrager
2: Verteilelement, Verteilerrohr, Wärmeübertragerwalze
3: Lamelle, Rollo
4: Wärme- oder Kälteträgereingang
5: Wärme- oder Kälteträgerausgang
6: Kontaktklammer
7: Spannelement
8: Wärmeträgerkammer
9: Schlauchlamelle
10: Rücklaufventil
11: Schlauch
12: Verteilerbalken
13: Schnellkupplung
14: Lüfter
15: Sammlerbalken
16: Ausnehmung
17: Antrieb- und/oder Führungsrad
18: Gehäuse, Führung
19: Luftdurchtritte
20: Kondensatsammler
21: Ständer

Claims

Luftwärmeübertrager (1), aufweisend ein Verteilelement (2), wobei das Verteilelement (2) ein von einem Wärme- oder Kälteträgerfluid durchflossenes Verteilelement (2) ist oder als elektrischer Heizstab ausgebildet ist, und mindestens eine in Wärmekontakt mit dem Verteilelement (2) stehende Lamelle (3), wobei die Lamelle (3) am Verteilelement (2) flächig anliegt und die Lamelle (3) über eine Kontaktfläche mit dem Verteilelement (2) wärmeleitend verbunden ist und die Lamelle (3) auswechselbar und vom Verteilelement (2) abnehmbar ausgestaltet ist und die Lamelle (3) als umlaufendes Band ausgebildet ist, wobei das umlaufende Band über zwei zueinander beabstandete Elemente (2, 7) umläuft, wobei mindestens ein Element als Verteilelement (2) ausgebildet ist und die Lamelle (3) Wärmeträgerkammern (8) aufweist, wobei die Wärmeträgerkammern (8) zylinderförmig ausgebildet und in horizontaler Ausrichtung in die Lamelle (3) integriert ausgebildet sind.
Luftwärmeübertrager (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lamelle (3) aus einem flexiblen und gut Wärme leitenden Material ausgebildet ist.
Luftwärmeübertrager (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lamelle (3) aus einem textilen Material oder aus Kunststoff ausgebildet ist.
Luftwärmeübertrager (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lamelle (3) aus Metallblech oder aus Metallfolie ausgebildet ist.
Luftwärmeübertrager (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Lamelle (3) vom Verteilelement (2) beidseitig herabhängt.
Luftwärmeübertrager (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Lamelle (3) auf einer Seite des Verteilelements (2) herabhängt.
Luftwärmeübertrager (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Verteilelement (2) um die Längsachse rotierbar und die Lamelle (3) auf das Verteilelement (2) aufrollbar ausgebildet ist.
Luftwärmeübertrager (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Verteilelement (2) als Rohr ausgebildet ist und die Lamelle (3) über das Rohr hängt und halbkreisförmig an dem oberen Rohrsegment flächig anliegt und sich tangential nach unten erstreckt.
Luftwärmeübertrager (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Lamelle (3) formschlüssig mit dem Verteilelement (2) verbunden ist.
Luftwärmeübertrager (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeträgerkammern (8) mit Latentspeichermaterialien zur Erhöhung der Wärmespeicherkapazität gefüllt oder aus diesen ausgebildet sind.