DE20007953U1 - Space heating / cooling system with increased energy exchange through self-generated forced convection - Google Patents

Space heating / cooling system with increased energy exchange through self-generated forced convection

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Description

Raumheiz-ZKühlsystem mit erhöhtem Energieaustausch durch eigengenerierteSpace heating/cooling system with increased energy exchange through self-generated

erzwungene Konvektionforced convection

BeschreibungDescription

Die Erfindung betrifft ein System zum erhöhten Austausch von Wärmeenergie durch eigengenerierte Zwangskonvektion.The invention relates to a system for increased exchange of thermal energy through self-generated forced convection.

Wohn-, Arbeits- und Aufenthaltsräume werden meist durch mit einem Fluid, insbes. einer Flüssigkeit (vorzugsweise Wasser) betriebene Wärme- oder Heizkörper erwärmt. 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 werden, um unerwünschte Kondensation zu verhindern.Living, working and recreational rooms are usually heated by heating or radiators that run on a fluid, particularly a liquid (preferably water). In order to supply heat to the room air, liquid is usually fed into the heating/radiating elements in a circuit at a certain flow temperature and, after the heat has been released, removed again at a return temperature. These rooms can also be cooled using the same principle, whereby the temperatures (flow and return) of the fluid must be below the desired room temperature. The dew point temperature of the room air must not be undercut in order to prevent unwanted condensation.

In beiden Fällen erfolgt der Wärmeaustausch mit den Räumen durch Wärmestrahlung 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 enthalten, die durch mechanische Luftbewegung eine Intensivierung der Energieabgabe bewirken. Das ist besonders vorteilhaft, wenn durch Einsatz von sog. Brennwertkesseln zur Energieeinsparung die mittlere Temperatur des Heizmediums gesenkt werden soll. Die Nachteile dieser Hilfseinrichtung, z.B. der Walzenlüfter, sind z.B. die Installation der elektrischen Energieeinspeisung und/oder die Regelung der Einschaltdauer und der Drehzahl.In both cases, heat is exchanged with the rooms by thermal radiation and natural convection, whereby a distinction is made between radiators and convectors depending on the design. In convectors, the area for energy exchange is usually increased by the arrangement of fins. There are also convector systems that contain fans, preferably electrically driven roller fans, which intensify the energy output through mechanical air movement. This is particularly advantageous if the average temperature of the heating medium is to be reduced by using so-called condensing boilers to save energy. The disadvantages of this auxiliary device, e.g. the roller fan, are, for example, the installation of the electrical energy feed and/or the control of the duty cycle and the speed.

Es ist bei einer Dampfheizung eine Vorrichtung bekannt, bei der Wasserdampf dem Dampf-KreisTäuf 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 dieser Vorrichtung dem beheizten Raum dermaßen viel Feuchtigkeit zugeführt, so dassA device is known for steam heating in which water vapor is taken from the steam circuit and used to drive a type of turbine, which in turn drives a fan to intensify the air movement. Steam heating is no longer state of the art. In addition, this device supplies the heated room with so much moisture that

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ein Wohlfühlzustand nicht erreicht werden kann. Weiterhin ist diese Vorrichtung nicht zum Kühlen von Räumen geeignet.a comfortable state cannot be achieved. Furthermore, this device is not suitable for cooling rooms.

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.Another known device (DE 43 10 417 A1) does contain a magnetic coupling in the fluid circuit, but is technically difficult to implement due to friction losses due to the proposed drive. The friction, which can hardly be bridged by the drive, is caused by a rotary seal or by a mechanical gear arranged within the fluid, a pair of gears.

Von diesem Stand der Technik geht die Erfindung aus und hat sich zur Aufgabe gestellt, ein energiesparendes Heiz-/Kühlsystem vorzuschlagen, bei dem durch selbstgenerierte mechanisch erzwungene Luftbewegung der Energieaustausch zwischen Wärme-/Kühlkörper und Raumluft enorm intensiviert wird, und bei dem die beschriebenen Nachteile vermieden werden. Insbesondere kann diese Vorrichtung vorzugsweise zum Kühlen beispielsweise durch die Installation in sog. Kühldecken verwendet werden, weil in diesen Fällen durch die infolge Vermeidung von Kondensation geringen Temperaturunterschiede zwischen Kühlmedium und Raumtemperatur die natürliche Konvektion äußerst gering ist.The invention is based on this state of the art and has set itself the task of proposing an energy-saving heating/cooling system in which the energy exchange between the heat/cooling body and the room air is enormously intensified by self-generated mechanically forced air movement and in which the disadvantages described are avoided. In particular, this device can preferably be used for cooling, for example by installing it in so-called cooling ceilings, because in these cases the natural convection is extremely low due to the small temperature differences between the cooling medium and the room temperature as a result of avoiding condensation.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die Vorrichtung gemäß Patentanspruch 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.This object is achieved by the device according to patent claim 1. Advantageous further developments are described in the subclaims.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Wärme-/Kühleinrichtung, z.B. mit einem oder mehreren Konvektoren, mit einem oder mehreren handelsüblichen Ventilatoren, vorzugsweise Walzenlüftern ausgerüstet wird, der/die durch einen oder mehrere axial vom Heiz-/Kühlmedium durchströmten Drallkörpern mittels magnetischer Ankopplung angetrieben wird, ohne dass Wärmetransportmedium dem Kreislauf entnommen wird/werden, und ohne dass übermäßige unerwünschte 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 austretende Wärmetransportmedium durchströmt und ist unterhalb des Wärme-/Kühlkörpers angeordnet. Andererseits ist es auch möglich, das Fluid in einem Bypass am Heiz-/Kühlkörper, vorzugsweise gesondert geregelt, vorbeizuführen. Die Energie zum Antrieb wird durch eine geringe Mehrbelastung der Heizungsumwälz-The object is achieved according to the invention in that the heating/cooling device, e.g. with one or more convectors, is equipped with one or more commercially available fans, preferably roller fans, which are driven by one or more swirl bodies through which the heating/cooling medium flows axially by means of a magnetic coupling, without heat transport medium being removed from the circuit and without excessive undesirable friction losses occurring. This drive for convection amplification can be arranged inside the heating/cooling body and/or underneath it. Preferably, this drive is flowed through by the heat transport medium emerging from the heating/cooling body and is arranged underneath the heating/cooling body. On the other hand, it is also possible to guide the fluid past the heating/cooling body in a bypass, preferably separately regulated. The energy for the drive is provided by a slight additional load on the heating circulation system.

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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 erfindungsgemäßen Antrieb ausgerüstete Wärme-/Kühlkörper können in ihrer geometrischen Abmessungen kleiner ausgestaltet werden, und/oder es kann die mittlere Temperatur des Wärmetransportmedium gesenkt werden, womit eine Energieersparnis verbunden ist. Es ist selbstverständlich, daß der beschriebene Antrieb auch in jedem System eingesetzt werden kann, bei dem durch Fluid in einem geschlossenen Kreislauf irgend ein Rotationskörper angetrieben werden soll.pump, which should preferably be dimensioned somewhat larger if necessary. It can be switched off in a simple manner by mechanically blocking the fans and/or swirl bodies. The advantages of the arrangement described are the independence from the electrical network and the fully automatic adjustment of the air movement of the fan to the personal needs of the user, for example by means of the flow rate of heating/cooling medium set/requested using a thermostat valve, without the need for any special additional equipment. Heat/cooling bodies equipped with the drive according to the invention can be made smaller in their geometric dimensions and/or the average temperature of the heat transport medium can be reduced, which results in energy savings. It goes without saying that the drive described can also be used in any system in which a rotating body of some kind is to be driven by fluid in a closed circuit.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der in den Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.The invention is explained in more detail below with reference to the embodiments shown in the figures.

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 dargestellt, der mittels des innen liegenden Drallkörpers 5 durch magnetische Ankopplung angetrieben wird.Fig. 1 shows a heat/cooling body 1, to which heat transport medium is supplied via a thermostat valve 2 and is removed again after flowing through 3. Below the heat/cooling body 1, an arrangement of the fan 4 is shown, which is driven by means of the internal swirl body 5 through magnetic coupling.

In Abb. 2 wird der Antrieb in einer Schnittzeichnung näher erklärt. Der mittels handelsüblicher Lager äußerst reibungsarm gelagerte Walzenlüfter 4 ist auf der Innenseite mit mindestens 2 gegenüberliegenden Permanentmagneten 6 bestückt, die symmetrisch um die Drehachse angeordnet sind. In axialer Richtung können mehrere dieser Magnetpaare vorgesehen sein. Der Luftspalt 7 gegenüber dem das Wärmetransportmedium umgebende Rohr 8 aus nicht-ferro-magnetischem Werkstoff (vorzugsweise Aluminium oder Kunststoff) soll nicht größer als 0,5 mm, vorzugsweise 0,05 mm betragen. Der Drallkörper 5 ist auf der durchströmten Innenseite mit einem oder mehreren (vorzugsweise 2) wendeiförmigen 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 Permanentmagnete 11, die exakt so anzuordnen sind wie die Permanentmagnete 6 auf dem Drallkörper 5. Vorzugsweise sollen sich dabei die Pole der Magnete gegenüber lie-The drive is explained in more detail in a sectional drawing in Fig. 2. The roller fan 4, which is mounted with extremely low friction using commercially available bearings, is equipped on the inside with at least 2 opposing permanent magnets 6, which are arranged symmetrically around the axis of rotation. Several of these magnet pairs can be provided in the axial direction. The air gap 7 with respect to the pipe 8 made of non-ferromagnetic material (preferably aluminum or plastic) surrounding the heat transport medium should not be larger than 0.5 mm, preferably 0.05 mm. The swirl body 5 is equipped on the inside through which the flow passes with one or more (preferably 2) helical, preferably thin-walled components 9, the angle 10 of which with respect to the axis of rotation should be between 10° and 50°. The swirl body 5 also has permanent magnets 11 on the outside, which are to be arranged exactly like the permanent magnets 6 on the swirl body 5. Preferably, the poles of the magnets should be opposite each other.

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gen, um so eine möglichst große anziehende bzw. abstoßende Wirkung und magnetische Ankopplung zu erreichen. Der Spalt 12 zwischen dem ebenfalls äußerst reibungsarm 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 bestehen wobei zwischen den Drallkörpern Umlenkbleche 13 zur Drallverstärkung angeordnet sein können.in order to achieve the greatest possible attractive or repulsive effect and magnetic coupling. The gap 12 between the swirl body 5, which is also mounted with extremely low friction, and the pipe 8 should be between 0.05 mm and 0.5 mm. The swirl body 5 can consist of several parts as shown in Fig. 2, whereby deflection plates 13 can be arranged between the swirl bodies to increase the swirl.

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 wendeiförmigen Bauteile 9 zu sehen. Die Spalte zwischen den beweglichen Teilen wurden in dieser Darstellung zur Vereinfachung weggelassen.Fig. 3 shows a cross-section through a roller fan 4 with a swirl body 5. The opposing permanent magnets 6 and 11, the non-ferromagnetic tube 8 and the helical components 9 can be clearly seen. The gaps between the moving parts have been omitted in this illustration for the sake of simplicity.

In Abb. 4 ist eine Anordnung zu sehen, bei der ein reibungsarm gelagerter Drehkörper 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.Fig. 4 shows an arrangement in which a low-friction rotating body 14 is connected to the swirl body 5 via a magnetic coupling. The rotating body 14 drives a roller fan 4 via a mechanical drive 15, which increases the convection in the heating/cooling body 1.

Schließlich zeigt Abb. 5 eine Anordnung von erfindungsgemäß angetriebenen Walzenlüftern 4 in einer Heiz- bzw. Kühldecke. Die zu erwärmende oder zu kühlende Raumluft wird an mehreren Stellen 16 angesaugt und ebenfalls an mehreren Stellen 17 wieder ausgeblasen, während die Heiz-/Kühldecke 18 von dem Wärmetransportmedium durchströmt wird und dadurch gleichzeitig die Walzenlüfter 4 angetrieben werden.Finally, Fig. 5 shows an arrangement of roller fans 4 driven according to the invention in a heating or cooling ceiling. The room air to be heated or cooled is sucked in at several points 16 and also blown out again at several points 17, while the heat transport medium flows through the heating/cooling ceiling 18 and the roller fans 4 are thereby driven at the same time.

Claims (14)

1. Raumheiz-/Kühlsystem mit eigengenerierter erzwungener Konvektion, bestehend aus mindestens einem von einem Wärmetransportmittel durchström 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. 1. Room heating/cooling system with self-generated forced convection, consisting of at least one heating/cooling body through which a heat transport medium flows and one or more fans, characterized in that the fan(s) ( 4 ) is/are driven by the heat transport medium via one or more swirl bodies ( 5 ) through which the heat transport medium flows axially, by means of a magnetic coupling, and that the system is closed. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb des Lüfters strömungstechnisch in Reihe zum Heiz-/Kühlkörper vor oder hinter diesem angeordnet ist. 2. Device according to claim 1, characterized in that the drive of the fan is arranged in fluidic series to the heating/cooling body in front of or behind it. 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. 3. Device according to claim 1, characterized in that the drive of the fan is arranged in fluidic parallel to the heating/cooling body, preferably provided with a separate control. 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. 4. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the drive of the fan(s) ( 4 ) is/are arranged below the heating/cooling body(s). 5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Antriebe der Lüfter (4) verwendet werden, wobei mindestens einer der Antriebe der Lüfter (4) unterhalb des Heiz-/Kühlkörper angeordnet ist. 5. Device according to one of the preceding claims, characterized in that several drives of the fans ( 4 ) are used, wherein at least one of the drives of the fans ( 4 ) is arranged below the heating/cooling body. 6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der/die Antriebe des/der Lüfter (4) an Heiz-/Kühldecken angeordnet ist/sind. 6. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the drive(s) of the fan(s) ( 4 ) is/are arranged on heating/cooling ceilings. 7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der/die Drallkörper (5) aus mehreren Teilen bestehen, wobei zwischen den Drallkörpern (5) drallverstärkende Umlenkbleche (13) angeordnet sind. 7. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the swirl body(s) ( 5 ) consist of several parts, wherein swirl-enhancing deflection plates ( 13 ) are arranged between the swirl bodies ( 5 ). 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 Aluminiumlegierung/en, austenitischem Stahl oder einem ggf. faserverstärkten Kunststoff besteht. 8. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the tube ( 8 ) enclosing the swirl body ( 5 ) consists of a non-ferromagnetic material, preferably copper, aluminum, copper or aluminum alloy(s), austenitic steel or an optionally fiber-reinforced plastic. 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 besteht und die wendelförmigen Einbauten (9) aus einem im Vergleich zum Stahl spezifisch leichteren Werkstoff, vorzugsweise aus Aluminium oder Kunststoff bestehen. 9. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the material of the swirl body ( 5 ) for reinforcing the magnetic effect consists of a soft magnetic steel or plastic with soft magnetic inserts and the helical internals ( 9 ) consist of a material which is specifically lighter than steel, preferably of aluminum or plastic. 10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb mit dem Drallkörper (5) an der Austrittsseite des Rücklaufwassers angebracht ist und durch magnetische Ankopplung einen Drehkörper (14) antreibt, der wiederum über einen mechanischen Antrieb (15) einen Lüfter (4) bewegt. 10. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the drive with the swirl body ( 5 ) is attached to the outlet side of the return water and drives a rotating body ( 14 ) by magnetic coupling, which in turn moves a fan ( 4 ) via a mechanical drive ( 15 ). 11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lüfter (4) als Walzenlüfter ausgebildet ist. 11. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the fan ( 4 ) is designed as a roller fan. 12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Walzenlüfter das vom Wärmetransportmittel durchströmte Rohr (8) umgibt. 12. Device according to claim 11, characterized in that the roller fan surrounds the pipe ( 8 ) through which the heat transport medium flows. 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. 13. Device according to claim 12, characterized in that the gaps between the swirl body ( 5 ) and the pipe ( 8 ) and between the roller fan ( 4 ) and the pipe ( 8 ) are between 0.05 and 0.5 mm. 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. 14. Device according to one of claims 11 to 13, characterized in that the cylindrical part of the roller fan(s) ( 4 ) consists of soft magnetic steel or plastic with soft magnetic inserts to enhance the magnetic effect and the blades are made of a comparatively lighter material, preferably plastic.
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