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Die Erfindung bezieht sich auf einen Rotationswärmetauscher, der von einem ersten Fluidstrom, z. B. einem Außenluft- bzw. Zuluftstrom, und einem zweiten Fluidstrom, z. B. einem Abluft- bzw. Fortluftstrom, im Gegenstrom durchströmbar ist, mit einem drehbar gelagerten Rotor, der einen ersten Strömungssektor für den ersten Fluidstrom und einen zweiten Strömungssektor für den zweiten Fluidstrom aufweist, die er bei einer Drehung durchläuft, einer Halterung, in der der Rotor drehbar gehaltert ist, und einer Dichtungsvorrichtung, mittels der die Anströmseite des ersten Fluidstroms und die Abströmseite des zweiten Fluidstroms von der Abströmseite des ersten Fluidstroms bzw. der Anströmseite des zweiten Fluidstroms abtrennbar ist.
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Beim Betrieb eines derartigen Rotationswärmetauschers muss zum einen der als sich drehende Speichermasse ausgebildete Rotor gegen das Gehäuse bzw. die Halterung des Rotationswärmetauschers abgedichtet werden. Des Weiteren müssen die beiden Fluidströme stromauf und stromab des Rotationswärmetauschers ebenfalls voneinander getrennt bzw. abgedichtet werden. Aufgrund dieser Abdichtungsmaßnahmen lässt sich Leckage beim Betrieb des Rotationswärmetauschers weitestgehend vermeiden.
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Eine solche Leckagevermeidung ist erforderlich, da ansonsten beispielsweise die Zuluftqualität reduziert ist, da Abluftanteile in den Zuluftstrom eintreten; des Weiteren resultieren Leckagen beispielsweise von der Außenluft in die Fortluft in höher zu installierenden Leistungen eines Ventilators für den Außenluft- bzw. Zuluftstrom, da größere Luftmengen gefördert werden müssen als eigentlich erforderlich, um das gewünschte Zuluftvolumen zu erreichen; auch ergeben sich Beeinträchtigungen hinsichtlich der Rückgewinnungsleistung des Rotationswärmetauschers, da Bypassströmungen, die den Rotor bzw. die Speichermasse umgehen, die Gesamtleistung des Rotationswärmetauschers verringern.
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Zwischen dem als drehende Speichermasse ausgebildeten Rotor und in Bezug darauf feststehenden Gehäuse- bzw. Halterungsteilen sind andererseits stets gewisse Spalte bzw. Abstände erforderlich, da sonst Abweichungen des als Speichermasse ausgebildeten Rotors von der idealen Zylinderform und andere Konstruktionstoleranzen unweigerlich zu unerwünschten Reibungen und daraus resultierend Beschädigungen führen würden. Die demgemäß erforderlichen Spalte und Abstände sind durch die Dichtungsvorrichtung des Rotationswärmetauschers abzudichten.
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Ausgehend von dem vorstehend geschilderten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, den eingangs geschilderten Rotationswärmetauscher derart weiterzubilden, dass seine Dichtungsvorrichtung vereinfacht werden kann, wobei eine zuverlässige Abdichtung zwischen den Anström- und Abströmseiten der beiden Fluidströme bei Betrieb des Rotationswärmetauschers automatisch gewährleistet sein soll.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Dichtungsvorrichtung eine erste Dichtung, die gegen die anströmseitig des ersten Fluidstroms angeordnete Seite einer Trennwand abdichtet, und eine zweite Dichtung aufweist, die gegen die anströmseitig des zweiten Fluidstroms angeordnete Seite derselben Trennwand abdichtet. Um die Abdichtfunktion im Bereich des Rotationswärmetauschers zu gewährleisten, ist entsprechend lediglich eine einzige Trennwand erforderlich, die in radialer Richtung des Rotors orientiert ist und den Rotor bzw. die Speichermasse gegen die Halterung abdichtet. Aufgrund der Druckverhältnisse innerhalb des Rotationswärmetauschers, in dessen Rotor bzw. Speichermasse jeder der beiden den Rotor im Gegenstrom durchströmenden Fluidströme einen Druckabfall erfährt, ergibt sich automatisch eine Abdichtwirkung zwischen der Trennwand und den beiden Dichtungen, wobei diese Abdichtwirkung im ersten Strömungssektor durch den ersten Fluidstrom und im zweiten Strömungssektor durch den zweiten Fluidstrom erzeugt wird, die jeweils die ihnen zugeordnete Dichtung gegen die einzige Trennwand drücken, und zwar auf verschiedenen Seiten der Trennwand. Hierdurch wird eine nahezu spaltfreie Abdichtung bei äußerst geringen Reibungsverlusten realisiert. Bei der Ausführung der Dichtungsvorrichtung mit nur einer Trennwand sind die Differenzdrücke an den Dichtungen geringer und unabhängig vom Differenzdruck zwischen den beiden Fluidströmen. Der Differenzdruck an der Dichtungsvorrichtung, wenn diese mit nur einer Trennwand ausgeführt ist, ist immer gleich dem Druckverlust des jeweiligen Fluidstroms in dem als Speichermasse ausgebildeten Rotor; entsprechend bewirkt dieser Differenzdruck stets ein Andrücken der Dichtung an die Trennwand in der jeweiligen Richtung des Fluidstroms.
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Vorteilhaft ist die Trennwand axial beabstandet zu beiden Stirnflächen an der zylindrischen Außenmantelfläche des Rotors angeordnet und weist einen Kreisausschnitt auf, dessen Innendurchmesser den Außendurchmesser des Rotors geringfügig übersteigt. Entsprechend kann der Raum zwischen der zylindrischen Außenmantelfläche des Rotors einerseits und der Halterung andererseits zum Einbau bzw. zur Montage der Dichtungsvorrichtung genutzt werden, wobei über die Stirnflächen des als Speichermasse ausgebildeten Rotors vorstehende Abschnitte bzw. Bauteile der Dichtungsvorrichtung vermieden werden können.
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Entsprechend kann es auch zweckmäßig sein, die Trennwand mittig zwischen beiden Stirnflächen auf der zylindrischen Außenmantelfläche des Rotors vorzusehen.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Rotationswärmetauschers ist dessen erste Dichtung als ringförmige Dichtungslippe ausgebildet, mit einem Axialdichtungsabschnitt, der auf der zylindrischen Außenmantelfläche des Rotors sitzt, und einem Radialdichtungsabschnitt, der auf der anströmseitig des ersten Fluidstroms angeordneten Seite der Trennwand sitzt.
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Eine entsprechend vorteilhafte Ausgestaltung hinsichtlich der zweiten Dichtung wird erzielt, wenn diese ebenfalls als ringförmige Dichtungslippe ausgebildet ist, mit einem Axialdichtungsabschnitt, der auf der zylindrischen Außenmantelfläche des Rotors sitzt, und einem Radialdichtungsabschnitt, der auf der anströmseitig des zweiten Fluidstroms angeordneten Seite der Trennwand sitzt.
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Um für alle Anwendungs- und Einsatzarten des Rotationswärmetauschers eine sichere Abdichtwirkung zu gewährleisten, ist es vorteilhaft, wenn beide Dichtungen mit ihren Axialdichtungsabschnitten auf der zylindrischen Außenmantelfläche des Rotors dicht befestigt und mit ihren Radialdichtungsabschnitten in gleitende und dichtende Anlage gegen die ihnen jeweils zugeordnete Seite der Trennwand bringbar sind. Bei dieser Ausführungsform ist es des Weiteren zweckmäßig, dass sich beide Dichtungen um den gesamten Umfang des Rotors auf dessen zylindrischer Mantelfläche erstrecken, da aufgrund der Rotation des Rotors bzw. der Speichermasse jeder Umfangsabschnitt der Dichtungen in beide Strömungssektoren bzw. Fluidströme gelangt und somit entgegengesetzten Druckdifferenzen ausgesetzt ist. Außerdem wird aufgrund der beidseitigen Anordnung der Dichtung über den gesamten Umfang der zylindrischen Mantelfläche der Speichermasse bzw. des Rotors die Stabilität bei einem Betrieb des Rotationswärmetauschers mit hohen Druckverlusten und entsprechend hohen Differenzdrücken an der Dichtungsvorrichtung erhöht.
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Vorteilhaft sind die Dichtungen der Dichtungsvorrichtung des erfindungsgemäßen Rotationswärmetauschers aus einem fluidundurchlässigen, abriebfesten und flexiblen Werkstoff, z. B. aus einem Kunstlederwerkstoff, einem extrudierten Kunststoff od. dgl., ausgebildet, so dass die Axialdichtungsabschnitte der Dichtungen dicht auf der zylindrischen Außenmantelfläche des Rotors montierbar und die Radialdichtungsabschnitte der Dichtungen in gleitende und abdichtende Anlage an die jeweilige Seite der Trennwand bringbar sind.
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Wenn bei der Herstellung der Dichtungsvorrichtung bzw. des Rotationswärmetauschers sowohl die Einbaulage des Rotors bzw. der Speichermasse als auch die Richtung der den Rotationswärmetauscher im Gegenstrom durchströmenden Fluidströme bekannt sind, ist es möglich, beide Dichtungen mit ihren Axialdichtungsabschnitten in gleitende und dichtende Anlage gegen die zylindrische Außenmantelfläche des Rotors bringbar und mit ihren Radialdichtungsabschnitten auf der ihnen jeweils zugeordneten Seite der Trennwand dicht befestigbar auszugestalten. Bei einem entsprechenden Anforderungsprofil kann die Dichtung dann ausschließlich auf der jeweiligen Anströmseite der Strömungssektoren der Trennwand vorgesehen sein, da auf der Anströmseite stets ein höherer Druck herrscht als auf der Abströmseite.
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Bei derartigen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Wärmetauschers ist die erste Dichtung an der Trennwand befestigt und an der zylindrischen Außenmantelfläche des Rotors gleitend angeordnet und erstreckt sich nur über einen dem Strömungssektor des ersten Fluidstroms zugeordneten Umfangsabschnitt des Kreisausschnitts der Trennwand.
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Entsprechend ist die zweite Dichtung ebenfalls an der Trennwand befestigt und an der zylindrischen Außenmantelfläche des Rotors gleitend angeordnet, wobei sich die zweite Dichtung nur über einen dem Strömungssektor des zweiten Fluidstroms zugeordneten Umfangsabschnitt des Kreisausschnitts der Trennwand erstreckt.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 eine perspektivische Prinzipdarstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Rotationswärmetauschers;
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2 eine Vorderansicht der in 1 gezeigten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Rotationswärmetauschers; und
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3 eine perspektivische Prinzipdarstellung für die Erfindung wesentlicher Teile der in den 1 und 2 gezeigten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Rotationswärmetauschers in einer Teilansicht.
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Ein in den 1 und 2 in perspektivischer Darstellung und in Vorderansicht gezeigter erfindungsgemäßer Rotationswärmetauscher 1 wird von zwei Fluidströmen 2, 3 im Gegenstrom durchströmt. Bei dem ersten Fluidstrom 2 handelt es sich um einen Außenluft- bzw. Zuluftstrom 2, bei dem zweiten Fluidstrom 3 um einen Abluft- bzw. Fortluftstrom 3. Die beiden Fluidströme 2, 3 sind in 1 mittels entsprechender Richtungspfeile dargestellt.
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Der Rotationswärmetauscher 1 hat eine in der dargestellten Ausführungsform hinsichtlich ihrer Außenkontur etwa quadratische Halterung 4. Diese Halterung 4 umgibt einen Rotor 5 des Rotationswärmetauschers 1 am Umfang des Rotors. Der Rotor 5 hat eine zylindrische Außenmantelfläche 6, die beispielsweise aus einem geeigneten Blech bestehen kann.
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Des Weiteren hat der Rotor 5 einen ersten Strömungssektor 7, der, wie aus 1 hervorgeht, vom Außenluft- bzw. Zuluftstrom 2 durchströmt wird. Entsprechend besitzt der Rotor 5 einen zweiten Strömungssektor 8, der in Gegenrichtung zum Außenluft- bzw. Zuluftstrom 2 vom Abluft- bzw. Fortluftstrom 3 durchströmt wird.
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Der Rotor 5 des Rotationswärmetauschers 1 ist um ein in den Figuren nicht gezeigtes Lager bzw. eine Nabe drehbar angeordnet.
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Im Rotationswärmetauscher 1 ist die Anströmseite des Außenluft- bzw. Zuluftstroms 3 von der Abströmseite desselben dicht abgetrennt. Entsprechend ist im Rotationswärmetauscher 1 die Abströmseite des Abluft- bzw. Fortluftstroms 3 dicht von der Anströmseite desselben abgetrennt. Es sei darauf hingewiesen, dass in den 1 und 2 der Rotationswärmetauscher 1 von der Anströmseite des Außenluft- bzw. Zuluftstroms 2 und der Abströmseite des Abluft- bzw. Fortluftstroms 3 her dargestellt ist.
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In der Halterung 4 des Rotationswärmetauschers 1 ist eine Dichtungsvorrichtung 9 angeordnet, mittels der die An- und Abströmseite des Außenluft- bzw. Zuluftstroms 2 und des Abluft- bzw. Fortluftstroms 3 dicht voneinander getrennt sind.
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An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass stromauf und stromab des Rotationswärmetauschers 1 selbstverständlich eine in den Figuren nicht dargestellte Separiervorrichtung vorgesehen ist, mittels der der Außenluft- bzw. Zuluftstrom 2 stromauf und stromab des Rotationswärmetauschers 1 vom Abluft- bzw. Fortluftstrom 3 getrennt ist.
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Die in der Halterung 4 vorgesehene Dichtungsvorrichtung 9 hat eine Trennwand 10, deren Außenabmessungen den Innenabmessungen der Halterung 4 entsprechen und die dort befestigt ist. In ihrem mittleren Bereich ist die Trennwand 10 mit einem Kreisausschnitt 11 versehen. Der Innendurchmesser des Kreisausschnitts 11 der Trennwand 10 entspricht im Wesentlichen dem Außendurchmesser des Rotors 5 des Rotationswärmetauschers 1, ist jedoch geringfügig größer, so dass sowohl bei der Herstellung der Trennwand 10 als auch bei der Herstellung des Rotors 5 auftretende Fertigungstoleranzen in keinem Fall zu Reibungsbelastungen ud. dgl. und daraus resultierenden Beschädigungen führen können.
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Um mittels der Trennwand 10 innerhalb des Rotationswärmetauschers 1 dennoch die An- und Abströmseiten dicht voneinander zu trennen, weist die Dichtungsvorrichtung 9 des Weiteren eine erste Dichtung in Form einer ersten ringförmigen Dichtungslippe 12 und eine zweite Dichtung in Form einer zweiten ringförmigen Dichtungslippe 13 auf.
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Die erste ringförmige Dichtungslippe 12 ist in der dargestellten Ausführungsform des Rotationswärmetauschers 1 auf der Anströmseite des Außenluft- bzw. Zuluftstroms 2 und entsprechend der Abströmseite des Abluft- bzw. Fortluftstroms 3 am Innendurchmessers des Kreisausschnitts 11 der Trennwand 10 angeordnet. Entsprechend ist die zweite ringförmige Dichtungslippe 13 auf der Abströmseite des Außenluft- bzw. Zuluftstroms 2 und der Anströmseite des Abluft- bzw. Fortluftstroms 3 am Innendurchmesser des Kreisausschnitts 10 der Trennwand 10 angeordnet, wie sich insbesondere aus der im Weiteren noch erläuterten 3 ergibt.
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In der dargestellten Ausführungsform erstrecken sich die beiden ringförmigen Dichtungslippen 12, 13 um den gesamten Umfang des Rotors 5 auf dessen zylindrischer Außenmantelfläche 6.
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Die Trennwand 10 sowie die beiden ringförmigen Dichtungslippen 12, 13 sind im Axialabstand zu beiden Stirnflächen des Rotors 5 an bzw. auf dessen zylindrischer Außenmantelfläche 6 angeordnet.
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Die erste ringförmige Dichtungslippe 12 hat einen in Axialrichtung des Rotors 5 orientierten Axialdichtungsabschnitt 14, der auf der zylindrischen Außenmantelfläche 6 des Rotors 5 sitzt und dort dicht befestigt bzw. montiert ist. Des Weiteren hat die erste ringförmige Dichtungslippe einen in Radialrichtung des Rotors 5 orientierten Radialdichtungsabschnitt 15, der auf der anströmseitig des Außenluft- bzw. Zuluftstroms 2 angeordneten Seite der Trennwand 10 sitzt und in dichtende Anlage gegen diese Seite der Trennwand 10 bringbar ist.
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Entsprechend hat die auf der Abströmseite des Außenluft- bzw. Zuluftstroms 2 und damit der Anströmseite des Abluft- bzw. Fortluftstroms 3 der Trennwand 10 angeordnete zweite ringförmige Dichtungslippe 13, wie sich insbesondere aus 3 ergibt, einen in Axialrichtung des Rotors 5 orientierten Axialdichtungsabschnitt 16, der auf der zylindrischen Außenmantelfläche 6 des Rotors 5 sitzt und dort dicht befestigt bzw. montiert ist, und einen in Radialrichtung des Rotors 5 orientierten Radialdichtungsabschnitt 17, der auf der Anströmseite des Abluft- bzw. Fortluftstroms 3 der Trennwand 10 sitzt und dort gegen diese Seite der Trennwand 10 in dichtende Anlage bringbar ist.
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Die beiden ringförmigen Dichtungslippen 12, 13 sind aus einem geeigneten fluidundurchlässigen, abriebfesten und flexiblen Werkstoff hergestellt, z. B. aus einem Kunstlederwerkstoff, einem extrudierten Kunststoff od. dgl. Entsprechend können die Axialdichtungsabschnitte 14, 16 der beiden ringförmigen Dichtungslippen 12, 13 dicht und fest auf der zylindrischen Außenmantelfläche 6 des Rotors montiert werden, wobei gleichzeitig die Radialdichtungsabschnitte 15, 17 der beiden ringförmigen Dichtungslippen 12, 13 in gleitende und abdichtende Anlage an die ihnen jeweils zugeordnete Seite der Trennwand 10 bringbar sind.
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Da im Falle der vorstehend beschriebenen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Rotationswärmetauschers 1 die Abdichtung zwischen den Anström- und Abströmseiten durch lediglich eine einzige Trennwand 10 bewerkstelligt wird, sind die Differenzdrücke an den ringförmigen Dichtungslippen 12, 13 vergleichsweise gering und darüber hinaus unabhängig vom Differenzdruck zwischen dem Außenluft- bzw. Zuluftstrom 2 einerseits und dem Abluft- bzw. Fortluftstrom 3 andererseits. Der Differenzdruck an den ringförmigen Dichtungslippen 12, 13 ist aufgrund der Ausgestaltung der Dichtungsvorrichtung 9 mittels einer einzigen Trennwand 10 immer gleich dem Druckverlust des Außenluft- bzw. Zuluftstroms 2 und entsprechend des Abluft- bzw. Fortluftstroms 3, wie er an dem als Speichermasse ausgebildeten Rotor 5 auftritt. Entsprechend wird in beiden Strömungssektoren 7, 8 des Rotors 5 ein Andrücken des Radialdichtungsabschnitts 15 der ersten ringförmigen Dichtungslippe 12 gegen die der Anströmseite des Außenluft- bzw. Zuluftstroms 2 zugewandten Seite der Trennwand 10 bzw. des Radialdichtungsabschnitts 17 der zweiten ringförmigen Dichtungslippe 13 gegen die der Anströmseite des Abluft- bzw. Fortluftstroms 3 zugewandte Seite der Trennwand 10 realisiert, was zur Folge hat, dass sowohl hinsichtlich des Außenluft- bzw. Zuluftstroms 2 als auch hinsichtlich des Abluft- bzw. Fortluftstroms 3 eine zuverlässige Abdichtung zwischen deren An- und Abströmseiten realisiert ist.
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Aus der in 3 gezeigten Prinzipdarstellung eines Teils der zylindrischen Außenmantelfläche 6 des Rotors 5 für den auch die Trennwand 10 bzw. die beiden ringförmigen Dichtungslippen 12, 13 lediglich teilweise dargestellt sind, geht die Art der Befestigung der beiden Dichtungslippen 12, 13 auf der zylindrischen Außenmantelfläche 6 hervor. Die Unterbrechung der beiden ringförmigen Dichtungslippen 12, 13 etwa mittig der Darstellung ist lediglich aus Anschauungsgründen gezeigt, um die Anordnung bzw. das Gefüge aus zylindrischer Außenmantelfläche 6, den beiden ringförmigen Dichtungslippen 12, 13 und der Trennwand 10 zu verdeutlichen.
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Die Trennwand 10 sitzt zwischen den beiden Radialabschnitten 15, 17 der beiden ringförmigen Dichtungslippen 12, 13 und erstreckt sich, wie die beiden Dichtungslippen 12, 13, um den gesamten Umfang der zylindrischen Außenmantelfläche 6 des Rotors 5.
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Bei einer alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Rotationswärmetauschers, für dessen Einsatz sowohl die Einbaulage als auch die Richtung der beiden Fluidströme 2, 3 bekannt sind, ist es möglich, die beiden Dichtungslippen an der Trennwand 10 zu montieren. Wenn sich die beiden Dichtungslippen nicht mit dem Rotor bewegen, ist es ausreichend, wenn entsprechende Dichtungslippen lediglich anströmseitig in den beiden Strömungssektoren vorgesehen sind, da auf der Anströmseite stets ein größerer Druck herrscht als auf der Abströmseite.
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Selbstverständlich kann die Trennwand 10 in Abweichung zu der Darstellung in 3 auch etwa oder genau mittig – in Axialrichtung gesehen – des Rotors 5 angeordnet sein.
