DE202008017485U1

DE202008017485U1 - Rotierender Wärmetauscher und Lüftungssystem hiermit

Info

Publication number: DE202008017485U1
Application number: DE202008017485U
Authority: DE
Original assignee: PLUGGIT INTERNAT BV; PLUGGIT INTERNATIONAL BV
Current assignee: PLUGGIT INTERNAT BV; PLUGGIT INTERNATIONAL BV
Priority date: 2007-06-13
Filing date: 2008-05-09
Publication date: 2009-09-24
Anticipated expiration: 2018-05-10
Also published as: BRPI0813816A2; JP2010529412A; RU2010100756A; CN101680725A; AU2008261323A1; CA2687842A1; MX2009013572A; DE102007027840A1; EP2156129A1; WO2008151700A1

Abstract

Rotierender Wärmetauscher mit einem Gehäuse (2), in welchem zwei voneinander getrennte Kanäle (5a, 5b) zur Durchleitung jeweils eines Luftstromes ausgebildet sind, und mit einem bspw. trommelartigen Wärmetauscherelement (3), welches drehbar derart in dem Gehäuse (2) vorgesehen ist, dass das Wärmetauscherelement (3) mit jedem der beiden Kanäle (5a, 5b) in Kontakt steht, wobei dem Wärmetauscherelement (3) eine Antriebseinrichtung (4, 10, 11) zum Erzeugen einer Rotation des Wärmetauscherelements (3) zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinrichtung eine, insbesondere als Vorsatzwalze ausgebildete, Strömungsmaschine (4) und Mittel (10) zur Übertragung eines Drehmoments von der Strömungsmaschine (4) auf das Wärmetauscherelement (3) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft einen rotierenden Wärmetauscher mit einem Gehäuse, in welchem zwei voneinander getrennte Kanäle zur Durchleitung jeweils eines Luftstromes ausgebildet sind, und mit einem bspw. trommelartigen Wärmetauscherelement, welches drehbar derart in dem Gehäuse vorgesehen ist, dass das Wärmetauscherelement mit jedem der beiden Kanäle in Kontakt steht, wobei dem Wärmetauscherelement eine Antriebseinrichtung zum Erzeugen einer Rotation des Wärmetauscherelements zugeordnet ist.
Rotierende Wärmetauscher der eingangs genannten Art sind Wärmetauscher, bei denen ein Primärmedienvolumenstrom und ein Sekundärmedienvolumenstrom wechselseitig die selben Wärmetauscherflächen durchströmen und dabei Wärme- oder Kälteenergie auf diese Oberflächen übertragen bzw. von diesen Oberflächen aufnehmen. Damit erfolgt ein Transfer von Wärmeenergie beispielsweise von dem durch die Abluft aus einem Gebäudeteil gebildeten sekundären Medienvolumenstrom auf den beispielsweise von der Zuluft in einen Gebäudeteil gebildeten primären Medienvolumenstrom. Die wechselseitige Durchströmung wird dabei durch die wechselseitige Rotation des Wärmetauschers bzw. von Teilen des Wärmetauschers durch jeweils den Primär- bzw. Sekundärluftstrom bewirkt.
Aus der EP 1 486 747 A2 ist ein rotierender Wärmetauscher der eingangs genannten Art bekannt, bei welchem die Rotation des Wärmetauscherelements durch einen elektromotorischen Rotationsantrieb erzeugt wird. Der für diesen Motor erforderliche Bauraum sowie die Kosten des Motors bei der Herstellung und im Betrieb des Wärmetauschers werden in vielen Fällen als nachteilig empfunden.
In der EP 1 029 202 B1 wird ein rotierender Wärmetauscher vorgeschlagen, bei welchem ein drallbehafteter Luftstrom, welcher der direkte Abstrom eines axialen Ventilators ist, durch eine Wärmetauschertrommel geleitet wird und diese aufgrund von Reibungskräften zwischen dem Luftstrom und der Trommel in eine Rotation versetzt. Diese Bauweise setzt nicht nur voraus, dass der Ventilator in unmittelbarer Nachbarschaft zu dem Wärmetauscher angeordnet wird, was vielfach aufgrund der Einbausituation nicht möglich ist, sondern es wird zudem der Antrieb aufgrund der nur sehr geringen Übertragung des Dralls des Luftstromes auf das Wärmetauscherelement als nachteilig empfunden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es demgegenüber einen rotierenden Wärmetauscher der eingangs genannten Art vorzuschlagen, welcher bei kompakter Bauweise kostengünstig in der Herstellung und im Betrieb ist und gleichzeitig einen besonders effektiven Rotationsantrieb des Wärmetauscherelements ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß im Wesentlichen dadurch gelöst, dass die Antriebseinrichtung eine, insbesondere als Vorsatzwalze ausgebildete, Strömungsmaschine und Mittel zur Übertragung eines Drehmoments von der Strömungsmaschine auf das Wärmetauscherelement aufweist. Bei dem erfindungsgemäßen rotierenden Wärmetauscher wird folglich die dem primären und/oder dem sekundären Luftstrom innewohnende Strömungsenergie zu einem Teil dazu benutzt, um die Rotationsbewegung des Wärmetauscherelements zu erzeugen. Eine Strömungsmaschine ist im Sinne der vorliegenden Erfindung eine Einrichtung, welche eine axiale, radiale und/oder tangentiale Luftströmung nutzt, um mittels Flügeln, Schaufeln oder dergleichen eine Rotation zu erzeugen. Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist auf der einen Stirnseite des Gehäuses koaxial mit der Drehachse des Wärmetauscherelements eine Vorsatzwalze angeordnet, die zur Erzeugung der Rotation des Wärmetauscherelements von einem der beiden Luftströme angeströmt wird.
Wenn die Strömungsmaschine als ein Repeller ausgebildet ist, kann die Rotation des Wärmetauscherelements durch Anströmen des Repellers mit einer axialen Luftströmung von wenigstens einem der beiden Luftströme erzeugt werden. Dies kann bspw. dadurch erfolgen, dass eine Vorsatzwalze mit frontal angeströmten Propellerflügeln an oder in dem Gehäuse vorgesehen ist, wobei durch die Durchströmung der Vorsatzwalze mit einem der beiden Luftströme das Drehmoment zum Antrieb des Wärmetauscherelements erzeugt wird.
Um dieses Drehmoment nicht durch die korrespondierende Wirkung des entgegengesetzt strömenden Luftstromes aufzuheben, wird es bevorzugt, wenn die Kanäle relativ zu der Strömungsmaschine derart angeordnet sind, dass nur einer der beiden Luftströme auf die Strömungsmaschine wirkt, während der andere der beiden Luftströme von der Strömungsmaschine weggeleitet wird und/oder gegenüber dieser abgeschottet wird. So kann einer der beiden Luftströme im Wesentlichen axial und ohne Umlenkung durch das Gehäuse geleitet werden und die Strömungsmaschine antreiben, während der andere Luftstrom innerhalb des Gehäuses um 90° abgelenkt wird, um nicht mit der Strömungsmaschine in Kontakt zu treten.
Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Strömungsmaschine eine von wenigstens einem der beiden Luftströme durch radiale und/oder tangentiale Luftströmung angetriebene Turbine. Die Vorsatzwalze kann dabei als eine beispielsweise radial angeströmte Turbinenschaufel ausgeformt sein, wobei der die Strömungsmaschine antreibende Luftstrom seitlich in das Gehäuse des Wärmetauschers eingeleitet werden kann.
In vielen Fällen wird es bevorzugt, wenn der Wärmetauscher im Gegenstromprinzip betrieben wird, d. h. wenn die Luftströme das Gehäuse zumindest abschnittsweise in entgegengesetzter Richtung durchströmen.
Um eine zu schnelle Rotation des Wärmetauscherelements zu vermeiden, ist nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung zusätzlich eine, insbesondere mechanische, Bremseinrichtung vorgesehen, die die Rotation des Wärmetauscherelements definiert abbremst und/oder in vorgegebenen Zeitintervallen stoppt. Auf diese Weise kann eine intermittierende Rotation des Wärmetauscherelements erzeugt werden. Dabei wird es besonders bevorzugt, wenn das Wärmetauscherelement durch eine mechanische Vorrichtung oder die Bremseinrichtung getaktet jeweils eine Drehung von 180° ausführt.
Der erfindungsgemäße Wärmetauscher ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass das Wärmetauscherelement in seiner Rotationsachse so gelagert ist, dass der Rotationsbewegung ein möglichst geringer Widerstand entgegengesetzt wird. Um auch durch die erforderliche Abdichtung der Luftströme gegeneinander einen möglichst geringen Reibungswiderstand zu erzeugen, wird es bevorzugt, wenn die Kanäle mittels wenigstens einer stirnseitigen Dichtungswalze gegeneinander abgedichtet sind. Dichtungswalzen zeichnen sich aufgrund ihrer mit dem Wärmetauscherelement synchronen Drehbewegung durch einen vergleichsweise geringen Reibungswiderstand aus.
Die Erfindung betrifft weiter ein Lüftungssystem mit wenigstens einem rotierenden Wärmetauscher der oben genannten Art, wobei wenigstens ein Ventilator vorgesehen ist, der wenigstens einen der beiden Luftströme durch einen der Kanäle des Wärmetauschers fördert. Der Ventilator liefert dabei die zum Rotationsantrieb des Wärmetauscherelements erforderliche Strömungsenergie.
Die rekuperativen Eigenschaften des rotierenden Wärmetauschers sind neben Größe, Bauform, Oberflächenstruktur und verwendetem Material des Wärmetauscherelements auch von der Rotationsgeschwindigkeit abhängig. Um diese bei dem erfindungsgemäß selbst rotierenden Wärmetauscher zu optimieren werden vorzugsweise die Anzahl, die Form, die Größe und die Anordnung der Flügel in der Vorsatzwalze bzw. der Strömungsmaschine so gestaltet und ausgelegt, dass die zu dem jeweiligen Luftstrom korrespondierende Rotationsgeschwindigkeit der gewünschten bzw. optimalen Rotationsgeschwindigkeit möglichst entspricht.
Die Rotationsgeschwindigkeit des Wärmetauscherelements kann dadurch justiert werden, dass die Rotationsgeschwindigkeit mittels eines geeigneten Sensors ermittelt und von einer beispielsweise digitalen elektronischen Steuerung für die Optimierung des Wärmeenergieübertragungs- oder -rückgewinnungsprozesses genutzt wird, indem die Rotationsgeschwindigkeit des Wärmetauscherelements durch Feinsteuerung der Strömungsgeschwindigkeit der Luftströme abgestimmt wird. Hierzu ist dem Wärmetauscher vorzugsweise wenigstens ein Sensor zur Erfassung der Rotationsgeschwindigkeit des Wärmetauscherelements zugeordnet, welcher mit einer Einrichtung zum Steuern oder Regeln des Ventilators verbunden ist. Auf diese Weise lassen sich die Energieinhalte, die Temperaturen, die Beschaffenheit, die Feuchtigkeit oder die Konsistenz, sowie die Strömungsgeschwindigkeit der Luftströme definiert einstellen.
Diese Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Lüftungssystems ermöglicht nicht nur eine Optimierung der rein thermischen Wärmeenergieübertragung- bzw. -rückgewinnung, sondern ermöglicht auch eine Optimierung einer Entfeuchtung oder Rückbefeuchtung in einem rotierenden Luft-Wärmetauscher.
Das erfindungsgemäße Lüftungssystem kann zusätzlich wenigstens einen Sensor zur Erfassung der Temperatur und/oder der Feuchtigkeit des Wärmetauscherelements und/oder wenigstens einen der beiden Luftströme aufweisen, wobei der Sensor mit einer Einrichtung zum Steuern oder Regeln des Ventilators verbunden ist.
Die Steuerung kann zudem dazu verwendet werden, um einen ggf. höheren Anfahrwiderstand des Wärmetauscherelements zu überwinden, indem impulsartig ein kurzzeitig höherer Luftstrom durch den Ventilator erzeugt wird. Auch die Taktfrequenz bzw. die Steuerung der Drehung um 180° des Wärmetauscherelements kann über die z. B. digitale elektronische Steuerung des Lüftungssystems erfolgen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.
Es zeigen:
1 in Perspektivansicht einen erfindungsgemäßen Wärmetauscher und
2 einen Längsschnitt durch den Wärmetauscher nach 1.
Der in den Figuren dargestellte Wärmetauscher 1 besteht im Wesentlichen aus einem kastenartigen Gehäuse 2, einem in diesem angeordneten Wärmetauscherelement 3 sowie einer Strömungsmaschine 4. In dem Gehäuse 2 sind zwei Kanäle 5a, 5b ausgebildet, die bereichsweise parallel zueinander verlaufen.
Die Kanäle 5a und 5b sind beispielsweise Bestandteil eines in den Figuren nicht näher dargestellten Lüftungssystems, wobei in der dargestellten Ausführungsform Abluft aus einem Gebäude durch den Kanal 5a strömt und Außenluft über den Kanal 5b in das Gebäude eingebracht wird. Wie aus der Darstellung der 2 ersichtlich ist, verläuft der erste Kanal 5a für die Abluft zwischen einer Einlassöffnung 6a und einer Auslassöffnung 7a im Wesentlichen parallel zu dem Kanal 5b. An den Auslass 7a des ersten Kanals 5a schließt sich ein Umlenkabschnitt 8 an, so dass der Abluftstrom in 1 nach oben aus dem Gehäuse 2 austreten kann. Dagegen verläuft der Außenluftstrom von einem Einlass 6b zu einem Auslass 7b des zweiten Kanals 5b im Wesentlichen ohne Umlenkung in axialer Richtung. Die Kanäle 5a und 5b sind dabei durch einen zentralen Steg 9 voneinander getrennt.
Das Wärmetauscherelement 3 ist in dem Gehäuse 2 auf einer Achse 10, die in der Ebene des Stegs 9 liegt, drehbar gelagert. Die in der gezeigten Ausführungsform als Vorsatzwalze mit Propellerflügeln 11 ausgestaltete Strömungsmaschine 4 ist dabei ebenfalls auf der Achse 10 drehbar gelagert und in geeigneter Weise drehfest mit dem Wärmetauscherelement 3 verbunden, so dass eine Rotation der Strömungsmaschine 4 eine Rotation des Wärmetauscherelements 3 bewirkt.
Die Propellerflügel 11 der Strömungsmaschine 4 werden, wie in 2 angedeutet, durch den Außenluftstrom frontal angeströmt, wobei die Propellerflügel 11 derart ausgestaltet sind, dass hierdurch eine Rotation der Strömungsmaschine 4 und damit eine Rotation des Wärmetauscherelements 3 bewirkt wird. Dagegen ist der Abluftstrom durch den Umlenkabschnitt 8 derart von der Strömungsmaschine 4 abgeschottet, dass der Abluftstrom nicht durch korrespondierende Wirkung die Strömungsmaschine 4 abbremst.

1: Wärmetauscher
2: Gehäuse
3: Wärmetauscherelement
4: Strömungsmaschine
5a, 5b: Kanal
6a: Einlass des ersten Kanals 5a
6b: Einlass des zweiten Kanals 5b
7a: Auslass des ersten Kanals 5a
7b: Auslass des zweiten Kanals 5b
8: Umlenkabschnitt
9: Trennsteg
10: Achse
11: Propellerflügel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- EP 1486747 A2 [0003]
- EP 1029202 B1 [0004]

Claims

Rotierender Wärmetauscher mit einem Gehäuse (2), in welchem zwei voneinander getrennte Kanäle (5a, 5b) zur Durchleitung jeweils eines Luftstromes ausgebildet sind, und mit einem bspw. trommelartigen Wärmetauscherelement (3), welches drehbar derart in dem Gehäuse (2) vorgesehen ist, dass das Wärmetauscherelement (3) mit jedem der beiden Kanäle (5a, 5b) in Kontakt steht, wobei dem Wärmetauscherelement (3) eine Antriebseinrichtung (4, 10, 11) zum Erzeugen einer Rotation des Wärmetauscherelements (3) zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinrichtung eine, insbesondere als Vorsatzwalze ausgebildete, Strömungsmaschine (4) und Mittel (10) zur Übertragung eines Drehmoments von der Strömungsmaschine (4) auf das Wärmetauscherelement (3) aufweist.
Rotierender Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsmaschine (4) ein von wenigstens einem der beiden Luftströme durch axiale Luftströmung angetriebener Repeller ist.
Rotierender Wärmetauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanäle (5a, 5b) relativ zu der Strömungsmaschine (4) derart angeordnet sind, dass nur einer der beiden Luftströme auf die Strömungsmaschine (4) wirkt, während der andere der beiden Luftströme von der Strömungsmaschine (4) weggeleitet und/oder gegenüber dieser abgeschottet wird.
Rotierender Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsmaschine (4) ein von wenigstens einem der beiden Luftströme durch radiale Luftströmung angetriebene Turbine ist.
Rotierender Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftströme das Gehäuse (2) zumindest abschnittsweise in entgegengesetzter Richtung durchströmen.
Rotierender Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich eine, insbesondere mechanische, Bremseinrichtung vorgesehen ist, die die Rotation des Wärmetauscherelements (3) definiert abbremst und/oder in vorgegebenen Zeitintervallen stoppt.
Rotierender Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanäle (5a, 5b) mittels wenigstens einer stirnseitigen Dichtungswalze gegeneinander abgedichtet sind.
Lüftungssystem mit wenigstens einem rotierenden Wärmetauscher einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Ventilator vorgesehen ist, der wenigstens einen der beiden Luftströme durch einen der Kanäle (5a, 5b) des Wärmetauschers (1) fördert.
Lüftungssystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass dem Wärmetauscher wenigstens ein Sensor zur Erfassung der Rotationsgeschwindigkeit des Wärmetauscherelements (3) zugeordnet ist, welcher mit einer Einrichtung zum Steuern oder Regeln des Ventilators verbunden ist.
Lüftungssystem nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass dem Wärmetauscher wenigstens ein Sensor zur Erfassung der Temperatur und/oder der Feuchtigkeit des Wärmetauscherelements (3) und/oder wenigstens eines der beiden Luftströme zugeordnet ist, welcher mit einer Einrichtung zum Steuern oder Regeln des Ventilators verbunden ist.