DE2945083A1

DE2945083A1 - Waermetauscher zum beheizen und/oder kuehlen von raeumen mit wenigstens einem konvektorteil

Info

Publication number: DE2945083A1
Application number: DE19792945083
Authority: DE
Inventors: Fritz 7347 Bad Überkingen Stahlecker
Original assignee: Individual
Current assignee: Thermo-Technik Dipl-Ing Ludwig 7118 Kuenze GmbH
Priority date: 1979-11-08
Filing date: 1979-11-08
Publication date: 1981-05-14

Description

PATENTANWÄLTE 29 A 508 3

DR.- I NG. H. H. Wl LH ELM - D I r L. · I N-G. H. D AU STE R

D-7000 STUTTGART 1 - GYMNASIUMSTRASSE 31B - TELEFON (07 11) 29 11 33

-4-Anmelder; D 5766

Fritz Stahlecker
Josef-Neidhart-Str. 18

7347 Bad Uberkingen
und

Hans Stahlecker
Haldenstraße 20

7334 Süssen

Wärmetauscher zum Beheizen und/oder Kühlen von Räumen mit wenigstens einem Konvektorteil

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher zum Beheizen und/oder Kühlen von Räumen eines Gebäudes mit wenigstens einem Konvektorteil, der einen oder mehrere vertikale Luftschächte und wenigstens einen Durchflußkanal für ein Heiz- und/oder Kühlmedium aufweist und dem wenigstens eine Einrichtung zum Erzeugen einer erzwungenen Luftströmung zugeordnet ist.

Die heute zum Beheizen von Wohnräumen verwendeten Wärmetauscher, sogenannte Heizkörper, werden überwiegend als Radiatoren ausge bildet, bei welchen die Wärmeübertragung im wesentlichen durch Wärmestrahlung erfolgt.

Es ist auch bekannt, Wärmetauscher für Wohnräume als Konvektoren auszubilden oder zusätzlich mit Konvektoren auszurüsten, bei welchen ein größerer Teil der Wärmeübertragung durch Wärmeübergang

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oder Konvektion erfolgen soll. Dabei ist es auch bekannt (DE-OS 27 29 561), die Ansprechzeit derartiger Konvektoren auf eine Temperaturregelung durch Zuschalten von vor oder nach den Luftschächten angeordneten Ventilatoren zu verkürzen, die die Luftströmung durch die Luftschächte in Gang bringen oder verstärken sollen. Bei derartigen Konvektoren ist der Anteil der durch Wärmeübergang übertragbaren Wärmemenge durch die Wärmeübergangs zahl beschränkt, die relativ ungünstig ist, da in der Praxis nur laminare Luftströmungen in den Luftschächten möglich sind, bei welchen sich die laminare Grenzschicht an den Wänden der Luftschicht als eine Art Isolationsschicht auswirkt. Eine turbulente Luftströmung wäre bezüglich der Wärmeübergangs zahl günstiger, jedoch müßte dann die Luft mit sehr hoher Geschwindigkeit durch die Luftschächte gefördert werden, so daß sie auch mit hoher Geschwindigkeit aus dem Heizkörper austreten würde. Derart hohe Luftgeschwindigkeiten sind, abgesehen einmal von der damit verbundenen Geräuschbildung, für die in den zu beheizenden Räumen befindlichen Personen unangenehm und daher praktisch nicht verwirklichbar. Um bei derartigen Wärmetauschern eine ausreichende Wärmeübertragung sicherzustellen, bleibt daher nichts anderes in der Praxis bisher übrig, als möglichst hohe Temperaturen für. das Heizmedium und/oder möglichst größe Wärmetauschflachen in den Luftschächten vorzusehen. Derartige Wärmetauscher sind jedoch nicht mehr sinnvoll einsetzbar, wenn die Temperaturdifferenz zu gering wird, d.h. die maximale Temperatur des Heizmediums, da dann zu große und zu voluminöse Wärmetauscher notwendig wären. Es ist daher praktisch kaum möglich, die mittels Wärmepumpen gewonnene Energie über derartige Heizkörper zum Beheizen von Räumen auszunutzen. Für eine derartige Wärmequelle wird daher meist eine Fußbodenheizung verwendet, bei welcher es keine Schwierigkeiten bereitet, große Heizflächen unterzubringen.

In der Praxis ist auch mit den üblichen Wärmetauschern mit Konvektorteilen eine Raumkühlung nicht ohne weiteres möglich, da die Temperatur des Kühlmediums nicht allzu tief ist und deshalb

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wesentlich geringere Temperaturdifferenzen als für das Heizen zur Verfügung stehen. Die auf das Heizen ausgelegten Wärmetauscher reichen dann nicht aus. Es ist deshalb bekannt (DE-OS 25 26 332), ein Gebläse vorzusehen, das bei einer Raumkühlung eingeschaltet wird und das dann die Luftströmung durch den Konvektorteil erzeugen soll. Um dabei eine ausreichende Wärmeübertragung zu erhalten, sind relativ hohe Luftgeschwindigkeiten notwendig, die nicht nur wegen der damit verbundenen Geräuscherzeugung von in dem Raum befindlichen Personen als unangenehm empfunden werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wärmetauscher der eingangs genannten Art so auszubilden, daß ohne Vergrößerung der Wärmetauscherflächen der Anteil der durch Wärmeübergang übertragbaren Wärme in dem Konvektorteil verbessert wird, ohne daß dies mit hohen Luftaustrittsgeschwindigkeiten der Luftströmung aus dem Wärmetauscher verbunden ist. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Einrichtung oder Einrichtungen zum Erzeugen der erzwungenen Luftströmung derart angeordnet und/oder ausgebildet sind, daß die Strömungsrichtung der erzwungenen Luftströmung im wesentlichen quer zu der Richtung des oder der Luftschächte ausgerichtet ist.

Durch diese Ausbildung wird im Innern der Luftschächte des Konvektorteils eine Art turbulente Strömung erzwungen, ohne daß die Luftströmungsgeschwindigkeit in Richtung der Luftschächte nennenswert erhöht wird. Es wird dabei ein wesentlich verbesserter Wärmeübergang erhalten, insbesondere da an den Wänden der Luftschächte eine turbulente Grenzschicht erhalten wird, die zu einer deutlich gegenüber einer laminaren Grenzschicht verbesserten Wärmeübergangs zahl führt. Es ist damit möglich, die Wärmetauschflächen des Konvektorteils zu verringern und damit den gesamten Wärmetauscher kleiner zu halten, oder wirkungsvoll mit einem Heizmedium zu arbeiten, das eine geringere Vorlauftemperatur aufweist. Es ist deshalb beispielsweise möglich, mit derartigen Wärmetauschern die von einer Wärmepumpe zur Verfügung ge-

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stellte Wärmeenergie für eine Raumheizung zu verwerten, ohne daß übermäßig große Wärmetauscher eingesetzt werden müssen. Außerdem ist es möglich, die gleichen Wärmetauscher mit einem Kühlmedium zu beschicken und für eine wirkungsvolle Raumkühlung heranzuziehen, ohne daß hohe Luftaustrittsgeschwindigkeiten notwendig werden. Es wird nämlich nicht die Menge der umgewälzten Luft vergrößert, sondern vielmehr die Wärmeübertragung von dem Wärmetauscher auf die umgewälzte Luftmenge verstärkt.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird vorgesehen, daß die Einrichtungen zum Erzeugen der erzwungenen Luftströmung innerhalb des oder der Luftschächte des oder der Konvektorteile angeordnet sind. Dadurch ist es möglich, unmittelbar auf die Grenzschichten an den Wänden der Luftschächte einzuwirken, ohne daß die zusätzlichen Einrichtungen Luftströmungen mit einer hohen Geschwindigkeit in Querrichtung zu den Luftschächten erzeugen müssen.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgesehen, daß die Einrichtungen zum Erzeugen der erzwungenen Luftströmung als Luftfördermittel ausgebildet sind, deren Förderrichtung im wesentlichen quer zu den Luftschächten und nur mit einer geringen Komponente in Richtung der Luftschächte gerichtet ist. Durch diese Ausgestaltung wird die sich innerhalb der Luftschächte einstellende freie Strömung durch die Luftfördermittel unterstützt, so daß ein derartiger Wärmetauscher bei einem Einschalten oder bei einer Temperaturänderung des Wärmeträgers sehr schnell anspricht. Wenn der gleiche Wärmetauscher sowohl zum Beheizen als auch zum Kühlen von Räumen ausgenutzt und dabei entweder mit Heizmedium oder Kühlmedium beschickt wird, ist es zweckmäßig, wenn die Förderrichtung der Luftfördermittel insbesondere bezüglich der Komponente in Richtung der Luftschächte umkehrbar ist. Dadurch wird sichergestellt, daß in jedem Fall die sich beim Heizen oder Kühlen einstellende freie Luftströmung noch durch die Luftfördermittel unterstützt wird.

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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Einrichtungen zum Erzeugen der erzwungenen Luftströmung als Rotoren ausgebildet sind, die mit geringem Abstand an den Wänden des oder der Luftschächte vorbeilaufen. Diese Rotoren können, ohne daß sie eine hohe Drehzahl aufweisen müssen, damit unmittelbar die Grenzschicht an den Wänden der Luftschächte beeinflussen und in etwa turbulent gestalten.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen und den Unteransprüchen.

Fig. 1 zeigt einen vertikalen Schnitt durch einen Teil eines erfindungsgemäß ausgebildeten Wärmetauschers,

Fig. 2 eine teilweise entlang der Linie II-II der Fig. 1 geschnittene Ansicht des Wärmetauschers nach Fig. 1, bei welchem die oberen Abdeckungen weggelassen sind,

Fig. 3 einen vertikalen Teilschnitt durch eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers mit in einem Luftschacht angeordnetem Rotor,

Fig. 4 einen weiteren vertikalen Teilschnitt durch einen Luftschacht eines erfindungsgemäßen Heizkörpers mit einer anderen Ausführungsform eines Rotors,

Fig. 5 eine Draufsicht auf einen Konvektorteil eines erfindungsgemäßen Heizkörpers,

Fig. 6 eine Draufsicht auf den Konvektorteil eines erfindungsgemäßen Heizkörpers mit im Luftschacht angebrachtem Rotor,

Fig. 7 eine Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen, aus Heizplatten gebildeten Wärmetauscher mit mehreren Luftschächten und mehreren Rotoren,

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Fig. 8 eine schematische Seitenansicht eines aus einer Heizplatte bestehenden Wärmetauschers mit auf der Rückseite von diesem Wärmetauscher und einer Wand gebildetem Luftschacht und darin angeordneten Rotoren mit horizontaler Drehachse,

Fig. 9 eine Draufsicht auf einen aus zwei Heizplatten bestehenden Wärmetauscher mit einer bandförmigen Einrichtung zum Erzeugen einer erzwungenen Querluftströmung in dem Luftschacht zwischen den beiden Heizplatten,

Fig.10 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers mit darin untergebrachten um eine horizontale Achse rotierenden und Lüfterflügel aufweisenden Rotoren und einem gemeinsamen Antrieb,

Fig.11 einen horizontalen Schnitt durch einen Wärmetauscher, der mit scheibenförmigen, eine horizontale Achse aufweisenden Rotoren versehen ist,

Fig.12 eine weitere Ausführungsform eines aus Heizplatten gebildeten Wärmetauschers mit einem scheibenförmigen Rotor,

Fig.13 eine Teildraufsicht auf eine weitere Ausführungsform eines aus Heizplatten gebildeten Wärmetauschers mit zwischen den Heizplatten angeordneten Lüfterflügel aufweisenden Rotoren und

Fig.14 einen Teilschnitt entlang der Achse von auf einer gemeinsamen Welle angeordneten Rotoren.

Der in Fig. 1 und 2 dargestellte Wärmetauscher, der als Heizkörper für eine Raumheizung dient, besteht aus mehreren gleichen Sektionen, von welchen in Fig. 2 eine in einem Teilschnitt dargestellt ist, während die benachbarten durch strichpunktierte Linien angedeutet sind. Jede Sektion besitzt einen Konvektorteil 1,

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-Tüder bevorzugt aus einem stranggepreßten Aluminiumprofil hergestellt ist. Die Konvektorteile 1 werden durch ein bevorzugt ebenfalls stranggepreßtes Aluminiumprofil miteinander verbunden, das einen in horizontaler Richtung verlaufenden Zulaufkanal 3 für das Wärmemedium aufweist, der über Bohrungen mit einem vertikalen Durchflußkanal 4 des Konvektorteils 1 in Verbindung steht. An dem nicht dargestellten unteren Ende des Konvektorteils 1 ist ein ähnliches Längsprofil angebracht, das einen Ablaufkanal enthält, der über Bohrungen mit dem Durchflußkanal 4 verbunden ist. Das den Zulaufkanal 3 enthaltende Profil erstreckt sich ebenso wie das den Ablaufkanal enthaltende Profil über sämtliche Sektionen des Wärmetauschers und ist an einem Ende mit einem Verschluß für den Zulaufkanal 3 versehen und am anderen Ende mit einem Anschluß für eine Zuführleitung für das Wärmemedium. Das nicht dargestellte untere Längsprofil ist entsprechend ausgebildet und mit einem Anschluß für eine Abführleitung versehen. Nach oben wird der Wärmetauscher durch eine ebenfalls als ein Längsprofil ausgebildete und sich über die gesamte Länge des Wärmetauschers erstreckende Abdeckung 21 abgeschlossen, die mittels nicht dargestellten Schrauben an dem Konvektorteil 1 befestigt ist, die in Gewindebohrungen 17 des Konvektorteils 1 eingreifen. Die Abdeckung 21, die mit vertikalen Luftaustrittsöffnungen 24 versehen ist, ist mit einer Nase 22 an dem den Zulaufkanal 3 enthaltenden Profil abgestützt. An einer weiteren Nase 2 3 liegt der obere Rand einer Abschirmplatte 19 an, die über Distanzstücke 18 an dem Konvektorteil 1 angebracht ist. Diese Abschirmplatte 19 ist auf der Seite des Konvektorteils 1 angeordnet, die einer Gebäudewand zugekehrt wird. Auf der anderen Seite des Konvektorteils 1 sind Rippen 16 angebracht, die eine ebene Frontplatte bilden. Im Bereich dieser Rippen 16 erfolgt eine Wärmeübertragung im wesentlichen durch Wärmestrahlung. Im Bereich des Durchflußkanals 4 sind weitere annähernd radial von diesem abragende Rippen 15 angeordnet.

Parallel zu dem Durchflußkanal 4 ist der Konvektorteil 1 mit einem einen wesentlich größeren Durchmesser aufweisenden Luftschacht 2 versehen, der eine im wesentlichen zylindrische Innenwandung 8 be-

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sitzt. In diesem Luftschacht 2 soll eine im wesentlichen durch Wärmeübergang bewirkte Wärmeübertragung zwischen dem Konvektorteil 1 und der in dem Luftschacht 2 vertikal nach oben (bei Heizbetrieb) oder nach unten (bei Kühlbetrieb) strömenden Luft erfolgen. Die Durchtrittsöffnungen 24 der Abdeckung 21 befinden sich im wesentlichen oberhalb des Luftschachtes 2.

Um in dem Luftschacht 2 des Konvektorteils 1 einen möglichst guten Wärmeübergang zu erzielen, wird in dem Luftschacht 2 eine Luftverwirbelung durchgeführt, indem eine quer zum Luftschacht gerichtete Strömung erzeugt wird, so daß sich in Verbindung mit der in Längsrichtung 6 des Luftschachtes 2 entstehenden Strömung eine wenigstens in etwa turbulente Strömung entsteht. Damit wird vor allem bezweckt, daß möglichst turbulente Grenzschichten an der Wand 8 des Luftschachtes 2 erhalten werden, die gegenüber laminaren Grenzschichten zu einer wesentlich günstigeren Wärmeübergangszahl führen, so daß ein wesentlich stärkerer Wärmeübergang möglich ist.

Um eine Luftströmung in Querrichtung zu dem Luftschacht 2 zu erzeugen, ist in dem Luftschacht 2 ein Rotor mit einer zum Luftschacht 2 parallelen Drehachse angeordnet, der bei der dargestellten Ausführungsform als eine Kunststoffwalze 5 ausgebildet ist, die mit geringem Abstand a der Innenwandung 8 des Luftschachtes 2 gegenüberliegt, um möglichst die Grenzschicht zu beeinflussen. Die Walze 5 ist mit einer schraubenlinienförmigen Nut 7 auf ihrem Außenumfang versehen, so daß von ihr nicht nur eine quer zum Luftschacht 2 gerichtete Strömung erzeugt wird, sondern auch eine Luftströmung in Axialrichtung des Luftschachtes 2, die die sich einstellende freie Luftströmung unterstützt. Die Kunststoffwalze 5 ist auf einer Welle angeordnet, die an ihren beiden Enden oben und unten mittels Lagern 11 und Haltern 12 gehalten ist, welche innen an dem Luftschacht angebracht sind. Die Kunststoffwalze 5 erstreckt sich nahezu über die volle Länge des Luftschachtes 2. Das obere Ende der Welle

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ragt über das Lager 11 nach oben aus dem Luftschacht 2 hinaus
und ist mit einem Doppelwirtel 14 versehen, der durch das vor- und rücklaufende Trum eines Rundriemens 13 angetrieben wird.
Der Rundriemen 13 dient zum Antrieb aller Rotoren 5 der einzelnen Konvektorteile 1 und ist in nicht näher dargestellter Weise mit einem gemeinsamen Antriebsmotor verbunden. Dieser Antriebsmotor wird gut geräuschisoliert vorzugsweise an einem Ende des Heizkörpers angebracht, so daß durch ihn keine Geräuschbelästigung für in dem zu beheizenden oder zu kühlenden Raum befind liehe Personen gegeben ist. Um den gewünschten Effekt der in etwa turbulenten Luftströmung und vor allen Dingen der turbulenten Grenzschichten zu erhalten, genügen schon relativ geringe Drehzahlen für die Rotoren 5, so daß auch durch diese Rotoren keine Geräuschentwicklung gegeben ist. Um die Wirkung der Rotoren 5 zu dosieren, kann vorgesehen werden, daß ein mehrstufiger oder auch stufenlos regelbarer Antrieb vorgesehen ist, der beispielsweise auch von einem Thermostat gesteuert werden kann. Darüber kann
vorgesehen werden, wenn der Wärmetauscher auch zur Kühlung des
Raumes ausgenutzt werden soll, daß die Drehrichtung der Rotoren 5 umgekehrt wird, so daß eine geringe, die sich einstellende
freie Luftströmung in diesem Fall unterstützende Komponente der Luftförderung in dem vertikalen Schacht 2 nach unten gegeben ist.

Anstelle eines als eine Kunststoffwalze 5 ausgebildeten Rotors
kann bei der Ausführungsform nach Fig. 1 auch vorgesehen werden, daß ein nur aus einem entsprechend geformten, d.h. mit der schrauben linienf örmigen Rille 7 versehenen Blechmantel gebildeter Rotor vorgesehen wird, in dessen Innern ebenfalls eine Luftströmung zugelassen ist. Dabei kann ein Lochblech Verwendung finden, so daß auch eine Strömung von dem Innern des Rotors zu dem Bereich zwischen der Außenwand des Rotors 5 und der Innenwand 8 des Luftschachtes 2 möglich ist.

In Fig. 3 ist ein Ausschnitt eines im wesentlichen Fig. 1 entsprechenden Wärmetauschers dargestellt, bei welchem in dem Luftschacht 2 des Konvektorteils 1 ein abgewandelter Rotor 305 ange-

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ordnet ist. Dieser. Rotor 305 besteht aus einer Welle 325, die mit zwei diametral gegenüberliegenden leicht verdrillten im we sentlichen radial gerichteten Blechstreifen 307 versehen ist, deren äußerer Rand einen geringen Abstand a zu der Innenwand 8 des Luftschachtes 2 einhält. Die Welle 325 ist mittels eines Lagers 11 in einem Halter 12 und mittels eines Axiallagers 326 in einem Halter 327 gelagert. Der Rotor 305 wirkt als ein Flügelrad, dessen Luftförderrichtung im wesentlichen radial zu seiner Welle 325 und damit quer zur Längsrichtung des vertikalen Schachtes 2 gerichtet ist. Aufgrund der leichten Verdril - lung der Blechstreifen 307, die wesentlich kleiner als darge stellt sein kann, wird auch eine Förderkomponente in Axialrichtung erhalten, die allerdings wesentlich geringer als die Förderkomponente in radialer Richtung ist. Durch diesen Rotor 305 wird im wesentlichen eine Luftverwirbelung erreicht, die sich der einstellenden freien Strömung in axialer Richtung des Luftschachtes 2 überlagert, so daß bei geringer Strömungsgeschwin digkeit in axialer Richtung eine in etwa turbulente Strömung und vor allen Dingen eine turbulente Grenzschicht im Bereich der Innenwände 8 erhalten wird. Diese Turbulenz kann durch eine Profilierung der Innenwände 8 verstärkt werden, indem beispielsweise die Innenwände 8 entsprechend der Ausführungsform nach Fig. 1 mit Längsrippen versehen werden. Diese Längsrippen führen dazu, daß insbesondere in dem Grenzschichtbereich an den Innenwänden 8 eine verstärkte Verwirbelung in Querrichtung zur Längsachse des Luftschachtes 2 erhalten wird. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Innenkontur des Luftschachtes 2 der Umhüllenden des Rotors 305 angepaßt, d.h. im wesentlichen zylindrisch gestaltet.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 ist in dem Luftschacht 402 eines Konvektorteils 401 ebenfalls ein Rotor 405 angeordnet, der sich nahezu über die gesamte Länge des Luftschachtes 402 des Konvektorteils 401 erstreckt. Der Rotor 405 besteht aus zwei Axiallüfterrädern 428 und 429, die auf einer gemeinsamen Welle

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angeordnet sind, die in Lagern 430 und 411 gelagert und über einen Wirtel 414 von einem Rundriemen 413 angetrieben ist. Das Lüfterrad 428 befindet sich am oberen Ende des Luftschachtes 402, wogegen das Lüfterrad 4 29 im Bereich des unteren Endes angeordnet ist. Die Lüfterräder 429 und 428 erstrecken sich bis dicht an die Innenwand 408 des Luftschachtes 8. Ihre Enden sind durch parallel zu der Innenwand 408 verlaufende Schnüre verbunden, die in einem relativ kleinen Abstand a an der Innenwand vorbeilaufen und zu einer Verwirbelung der Luft im Bereich der Grenzschicht führen. Anstelle von Schnüren 407 können auch Blechstreifen o.dgl. verwendet werden, die beispielsweise auch in der Form von Radiallüfterschaufeln ausgebildet sind, so daß sie eine Luftförderung zu der Innenwand 408 hin bewirken, die zu einer weiteren Verwirbelung der Grenzschicht führt. Auch hier ist es zweckmäßig, wenn die Innenkontur des Luftschachtes 402 der Umhüllenden des Rotors 405 angepaßt ist, d.h. bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel eine weitgehend zylindrische Gestalt aufweist.

In Fig. 5 ist ein Konvektorteil 501 einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers dargestellt, der sich im wesentlichen von dem Konvektorteil 1 der Fig. 1 dadurch unterscheidet, daß an der Stelle einer Abschirmung 19 mit dem Luftschacht 502 einteilige Rippen 533 vorgesehen sind. In dem Luftschacht 502 wird ein zur Luf^verwirbelung dienender Rotor angeordnet, der in Lagern 511 von Haltern 512 gelagert wird, die mittels außen angebrachter Schrauben 520 an dem Konvektorteil 501 befestigt werden. Die Innenwand des Luftschachtes 502 ist mit einer Profilierung versehen, die die Verwirbelung der in dem Luftschacht 502 strömenden Luft verstärken soll, insbesondere in dem Bereich der Grenzschichten.

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In Fig. 6 ist eine Draufsicht auf einen Konvektorteil 601 eines aus mehreren derartiger Konvektorteile bestehenden Wärmetauschers dargestellt, wobei die benachbarten Konvektorteile 601 durch strichpunktierte Linien angedeutet sind. Der Konvektorteil 601 besteht aus einem extrudierten Profil, das einen in der Außenkontur annähernd quadratischen Mittelteil aufweist, an dessen beiden Stirnseiten mittig Ansätze angebracht sind, die Durchlaufkanäle 604 für ein Wärmemedium haben. Außen an die die Durchlaufkanäle 604 enthaltenden Ansätze schließen parallel zueinander verlaufende Rippen 616 an, die die Vorder- und die Rückseite des Konvektorteils 601 bilden. Der rechteckige oder quadratische Bereich bildet einen Luftschacht 602, dessen Innenwände mit etwa radial zu dem Mittelpunkt dieses Luftschachtes 602 gerichteten Rippen 609 versehen ist. Diese Rippen enden auf einer zu der Mitte des Luftschachtes 602 zylindrischen Fläche. Innerhalb der zylindrischen Fläche ist ein Rotor 605 angeordnet, der beispielsweise aus einer durch Speichen auf einer Nabe gehaltenen Hülse 607 besteht, die außen mit einer zahnartigen Profilie rung 6 34 versehen ist, die einen geringen Abstand a von den Enden der Rippen 609 einhält. Der Rotor 605 wirkt bei der Ausführungsform nach Fig. 6 als ein Luftverwirbeler, der praktisch keine Förderkomponente in Richtung der Längsachse des Luftschachtes 602 besitzt. Er dient nur dazu, eine Luftverwirbelung innerhalb der aufgrund der Aufheizung oder Kühlung der im Luftschacht 602 vorhandenen Luft sich einstellenden freien Strömung herbeizuführen. Damit wird eine Art turbulente Strömung erhalten, ohne daß eine erhöhte Strömungsgeschwindigkeit in Richtung des Luftschachtes 602 auftritt, so daß auch die Ausströmgeschwindigkeiten nicht erhöht sind.

Der in Fig. 7 dargestellte Wärmetauscher besitzt zwei von dem Heiz- oder Kühlmedium zu durchströmende Platten 704, die parallel zueinander angeordnet sind und die zwischen sich einen vertikalen Luftschacht 702 bilden, in welchem eine im verstärkten Maße durch

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Wärmeübergang erfolgende Wärmeübertragung erhalten wird. Der Luftschacht 702 wird zweckmäßig durch Querstege 738 in einzelne Abschnitte unterteilt. In jedem dieser Abschnitte ist ein Rotor 705 angeordnet, der aus einer nicht dargestellten Welle und Lüfterflügeln 707 besteht. Die Wellen der Rotoren 705 sind in einer Längsschiene 761 gelagert. Dabei wird zweckmäßigerweise oberhalb und unterhalb des Luftschachtes 702 eine derartige Längsschiene vorgesehen. Die Wellen der Rotoren 705 sind ferner mit Wirtein 714 versehen, die über einen gemeinsamen Rundriemen 713 o.dgl. angetrieben werden, der von einem Antriebsrad 735 eines Antriebsmotors 736 angetrieben wird, der außerhalb des Bereichs der Heizplatten 704 angeordnet und mit einer Verkleidung 737 verdeckt ist. Der Antriebsriemen 713 wird mehrfach gekreuzt, so daß jeweils nur zwei aufeinanderfolgende Rotoren 705 die gleiche Drehrichtung haben. Dadurch wird erreicht, daß auch bei Verzicht auf Querstege 738 keine entlang der Heizplatten 704 verlaufende Querströmungen entstehen, sondern im wesentlichen Luftverwirbelungen.

Bei Verzicht auf die Querstege 738 kann der Wärmetauscher nach Fig. 7 auch um 90° verdreht angeordnet werden, d.h. derart, daß die Wellen der Rotoren 705 horizontal gerichtet sind. Da jeweils nur zwei Rotoren die gleiche Drehrichtung aufweisen, heben sich die davon erzeugten Luftströmungen weitgehend auf, so daß keine verstärkte Luftströmung in Richtung der freien Luftströmung erhalten wird, sondern im wesentlichen eine eine Art turbulente Strömung herstellende Verwirbelung innerhalb der sich einstellenden freien Luftströmung.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 8 ist ein im wesentlichen aus einer Heizplatte 839 bestehender Wärmetauscher in einer Nische 840 einer Gebäudewand 841, vorzugsweise unterhalb eines Fensters, angeordnet, dessen Rückwand 808 zusammen mit der Begrenzungswand der Nische 840 einen vertikalen Luftschacht 802 und somit einen Konvektorteil bildet. In diesem Luftschacht 802 sind in vorzugs-

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weise regelmäßigen Abständen übereinander horizontal angeordnete Rotoren 805 angeordnet, die als Profilwellen 807 ausgebildet sind und einen geringen Abstand zu der Rückwand 808 der Heizplatte einhalten. Diese Rückwand kann zur Erhöhung einer turbulenten Strömung im Bereich der Grenzschicht profiliert werden. Die Profilwellen werden zweckmäßigerweise von einem gemeinsamen Antrieb angetrieben. Dabei kann vorgesehen werden, daß die Drehrichtung nach jeder Profilwelle 807 oder nach Gruppen von Profilwellen wechselt, so daß keine bevorzugte Strömungsrichtung durch die Profilwellen im Bereich der Rückseite 808 der Heizplatte 839 geschaffen wird.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 9 sind zwei parallel und in Abstand zueinander angeordnete Heizplatten 939 vorgesehen, die zwischen sich einen Luftschacht 902 bilden, in dem eine Wärmeübertragung mit einem möglichst großen Anteil an Wärmeübergang erfolgen soll. Die beiden Heizplatten werden an ihren stirnseitigen Enden durch eine Verkleidung 9 37 abgedeckt. In dem Luftschacht 902 zwischen den beiden Heizplatten 939 ist ein Profilband 905 angeordnet, das um vertikal ausgerichtete Umlenkrollen 942 und 943 geführt ist, von denen eine angetrieben ist. Das Profilband 905, dessen Breite sich vorzugsweise über annähernd die gesamte Höhe der Heizplatten 939 erstreckt, ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel mit Zahnrippen 907 versehen, die in geringem Abstand a an den Innenflächen 908 der Heizplatten 939 vorbeilaufen. Auch durch dieses Profilband 905 wird der sich zwischen den Heizplatten 939 einstellenden vertikalen Luftströmung eine Querströmung überlagert, wobei das Profilband 905 vor allem dafür sorgt, daß an den Wänden 908 eine möglichst turbulente Grenzschicht erhalten wird. Um den Austausch der Luft innerhalb des Luftschachtes 902 zu erleichtern, ist es zweckmäßig, wenn anstelle eines sich über die gesamte Höhe der Heizplatten 9 39 erstreckenden Profilbandes 905 mehrere in Abstand übereinander angeordnete einzelne Profilbänder 905 vorgesehen sind.

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Die Ausführungsform nach Fig. 10 zeigt schematisch einen als Heizkörper für einen Raum dienenden Wärmetauscher, der aus mehreren Sektionen 1044 besteht, die in nicht näher dargestellter Weise in ihrem Innern einen Konvektorteil enthalten. Innerhalb dieses Konvektorteils ist jeweils ein beispielsweise als Flügelrad ausgebildeter Rotor 1005 angeordnet. Diese Rotoren 1005 werden über einen gemeinsamen Riemen 1013 über Wirtel 1014 angetrieben. Der Riemen 1013 seinerseits wird von einer Riemenscheibe 1035 eines gemeinsamen Antriebsmotors 1036 angetrieben. Dieser gemeinsame Antriebsmotor 1036 ist in einem Gehäuse 1045 angeordnet, das in seiner äußeren Gestalt den Sektionen 1044 entspricht und somit eine Art Blindglied darstellt, das für die Wärmeübertragung keinen Beitrag leistet, das jedoch den ästhetischen Eindruck des gesamten Heizkörpers nicht beeinträchtigt oder verändert.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 11 besteht der Wärmetauscher aus mehreren in drei Reihen angeordneten Profilen 1100 und 1101, wobei die beiden äußeren 1100 jeweils spiegelsymmetrisch zueinander neben einem mittleren Profil 1101 unter Belassung eines Luftspaltes angeordnet sind. Diese Profile werden in nicht näher dargestellter Weise von Längsschienen getragen, die die aufeinanderfolgenden Profile 1100 bzw. 1101 miteinander verbinden und beispielsweise die Zuleitung und die Ableitung für das Heizmedium enthalten, das jeweils zwei Durchflußkanälen 1104 der Profile 1100 und 1101 zugeführt wird. Diese Längsschienen können dann noch untereinander verbunden werden. Der gesamte Heizkörper wird von einer Verkleidung 1147 umgeben, die mit Rändelschrauben 1149 an entsprechenden Befestigungsflächen 1148 gehalten werden. Die einander zugekehrten Wandungen der Profile 11OO und 1101 sind mit vertikalen Rippen 1108 und 1109 versehen, d.h. das mittlere Profil 1101 beidseitig und die beiden äußeren Profile 1100 jeweils nur einseitig. Zwischen den einander gegenüberliegenden Rippen der Profile 1100 und 1101 ist ein Spalt 1102 belassen, in welchem jeweils ein Rotor 1105 angeordnet wird, der bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel als eine Scheibe 1107 ausge-?

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bildet ist, die auf beiden Stirnseiten mit Profilierungen 1134 versehen ist. Die beiden Scheiben 1107 sind auf einer gemeinsamen Welle 1160 angeordnet, die in Lagern 1112 gehalten sind, die außen an den äußeren Profilen 1100 mittels Schrauben 1120 befestigt sind. Die Welle 1160 ragt aus einem der Lager 1112 heraus und ist dort mit einem Wirtel 1114 versehen, über den beide Scheiben 1107 mit einem gemeinsamen Riemen 1113 angetrieben werden, der auch die weiteren zu dem Wärmetauscher gehörenden Rotoren 1105 antreibt. Diese Rotoren 1105 haben praktisch keine Luftförderwirkung, jedoch sorgen sie aufgrund ihrer knopfartigen oder zahnartigen Profilierungen 1134 für eine pulsierende Verdichtung der in den seitlich offenen Luftschächten 1102 vorhandenen Luft, so daß eine Verwirbelung der sonst laminaren Strömung erhalten wird.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 12 sind drei Heizplatten 1201 und 1250 vorgesehen, die auf einer Seite mit als Kreisnuten 1209 ausgebildeten Profilierungen versehen sind. Die beiden Heizplatten 1201 sind mit ihren profilierten Seiten einander zugekehrt. In dem Mittelpunkt der konzentrischen Kreisnuten 1209 ist eine Welle 1260 mit Lagern 1211 gelagert, die einen Rotor 1205 bildet und einen oder mehrere Flügel 1207 trägt, der zwischen den in Abstand zueinander angeordneten Heizplatten 1201 angeordnet ist und mit Ansätzen 1234 in die Kreisnuten 1209 unter Belassung von geringen Abständen a eingreift. Die Ansätze 12 34 können zahnartig abgesetzt sein, so daß eine starke Verwirbelung erhalten wird. Die Welle 1260 und damit der Rotor 1205 wird von einem Antriebsmotor 1236 angetrieben, der in einer Aussparung der äußeren Heizplatte 1250 angeordnet ist, die ebenfalls in Abstand zu der mittleren Heizplatte 1201 angeordnet ist und dort einen zur Seite hin offenen Luftschacht 1251 bildet.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 13 besitzt der Wärmetauscher zwei parallel zueinander angeordnete Heizplatten 1301, die zwischen sich einen Abstand 1302 belassen und zwischen denen Abstands-

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stücke oder Verbindungsstege 1353 angeordnet sind. In dem vertikalen Luftschacht 1302 zwischen den beiden Heizplatten 1301 sind mehrere Rotoren 1305 angeordnet, die als Lüfterräder 1307 ausgebildet und mit einer horizontalen Welle 1360 versehen sind. Die Lüfterräder 1307 werden mit geringem Abstand an den Innenflächen der Heizplatten 1301 vorbeigeführt und dienen zur Luftverwirbelung. Die Welle 1360 ist in einem Lager 1311 gelagert, das in einer Vertiefung der einen Heizplatte 1301 angebracht ist, in welcher die beiden Wandungen der Heizplatte aneinanderliegen. Der Antrieb der Lüfterräder 1307 erfolgt über einen Doppelwirtel 1314 mittels eines Treibriemens 1313, der als Rundriemen ausgebildet ist und der seinerseits von einer Treibscheibe 1335 eines für alle Lüfterräder 1307 gemeinsamen Antriebsmotor 1336 angetrieben wird. Der Antriebsmotor 1336 ist mit einem Flansch 1356 in einer Vertiefung 1355 der einen Heizplatte 1301 befestigt, in welcher die beiden Wandungen der Heizplatte aneinander anliegen. Eine ähnliche Vertiefung 1355 mit einer Durchbrechung 1354 weist die andere Heizplatte 1301 ebenfalls auf, durch die das Gehäuse des Antriebsmotors 1336 hindurchragt. Der aus der Treibscheibe 13 35, den Wirtein 1314 und dom Treibriemen 1313 gebildete Antrieb ist innerhalb einer Verkleidung 1337 aus Blech angeordnet, die auf der Rückseite der Heizplatte 1301 einen weiteren Luftschacht bildet. Um auch in diesem Luftschacht einen möglichst guten Wärmeübergang zu erhalten, ist jeweils auf den Wellen 1360 eine der von der Verkleidung 1337 zugekehrten Seite der Heizplatte 1301 zugeordnetes weiteres Lüfterrad 1352 angeordnet, das mit geringem Abstand a an dieser Wand der Heizplatte 1301 vorbeiläuft und dort für eine eine turbulente Grenzschicht erzeugende Verwirbelung sorgt.

Da die innerhalb der Wärmetauscher angeordneten Rotoren leise laufen sollen, ist es zweckmäßig, wenn für eine gute Schmierung der die Wellen der Rotoren aufnehmenden Lager Sorge getragen wird. Dabei ist zu beachten, daß bei sehr hohen Temperaturen des Heizmediums die Gefahr besteht, daß ein Schmierfett seinen Ölge-

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halt verliert, so daß eine Nachschmierung zumindest vor jeder Heizperiode sinnvoll ist. Eine Möglichkeit für eine Nachschmie- rung ist beispielsweise in Fig. 14 für die Rotoren der Ausführungsform nach Fig. 13 dargestellt. Bei dieser Ausführungsform ist die Welle 1360, die die Rot< -ren trägt, mit einer Axialbohrung 1457 versehen, von welcher Radial bohrungen 1458 im Bereich der Lager 1311 zu einem dem Lager zugeordneten Schmiermittelraum 1459 führen. Da die Rotoren relativ langsam laufen, ist auch eine Überschmierung der Lager ungefährlich.

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Claims

Patent- und Schutzansprüche

Wärmetauscher zum Beheizen und/oder Kühlen von Räumen eines Gebäudes mit wenigstens einem Konvektorteil, der einen oder mehrere vertikale Luftschächte und wenigstens einen Durch flußkanal für ein Heiz- und/oder Kühlmedium aufweist und dem wenigstens eine Einrichtung zum Erzeugen einer erzwungenen Luftströmung zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung oder Einrichtungen (5, 305, 405, 605, 705, 805, 905, 1005, 1105, 1205, 1305) zum Erzeugen der erzwungenen Luftströmung derart angeordnet und/oder ausgebildet sind, daß die Strömungsrichtung der erzwungenen Luftströmung im wesentlichen quer zu der Richtung des oder der Luftschächte (2,402, 502, 602, 702, 802, 902, 1102, 1302) ausgerichtet ist.
2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen (5, 305, 405, 605, 705, 805, 905, 1005,1105, 1205, 1305) zum Erzeugen der erzwungenen Luftströmung innerhalb des oder der Luftschächte (2, 402, 502, 602, 702, 802, 902, 1102, 1302) des oder der Konvektorteile (1, 401, 501,601) angeordnet sind.

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ORIGINAL INSPECTED
3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zum Erzeugen der erzwungenen Luftströmung als Luftfördermittel (5, 305, 405, 605, 705, 805, 905, 1005, 1205, 1305) ausgebildet sind, deren Förderrichtung im wesentlichen quer zu den Luftschächten und mit einer geringen Komponente in Richtung der Luftschächte (2, 402, 502, 602,702, 802, 902, 1102, 1302) gerichtet ist.
4. Wärmetauscher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Förderrichtung der Luftfördermittel (5, 305, 405, 605) insbesondere bezüglich der Komponente in Richtung der Luftschächte (2, 402, 602) umkehrbar ist.
5. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zum Erzeugen der erzwungenen Luftströmung als Rotoren (5, 305, 405, 605, 705, 805,905, 1005, 1105, 1205, 1305) ausgebildet sind, die mit geringem Abstand an den Wänden (8, 408, 708, 808, 908) des oder der Luftschächte (2, 402, 502, 602, 702, 802, 902, 1102, 1302)vorbeilaufen.
6. Wärmetauscher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsen (325, 425) der Rotoren (5, 305, 405, 605, 705) parallel zu den Wänden (8, 408, 708) der Luftschächte (2, 402, 602,702) verlaufen.
7. Wärmetauscher nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotoren (5, 305, 405, 605, 705) sich in axialer Richtung wenigstens annähernd über die ganze Länge der Luftschächte (2, 402, 602, 702) erstrecken.
8. Wärmetauscher nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftschacht (2, 402, 602) eine der Umhüllenden der Rotoren (5, 305, 405, 605) angepaßte Innenkontur aufweisen.

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2945Q83

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9. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsen (1160, 1260, 1360) der Rotoren (805, 1OO5, 1105, 1205, 1305) quer zu den Luftschächten (802, 1102, 1302) ausgerichtet sind.
10. Wärmetauscher nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß in Längsrichtung der Luftschächte (802) mehrere Rotoren (805) hintereinander angeordnet sind.
11. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß für die Einrichtungen (5, 705, 1005, 1105) zum Erzeugen einer erzwungenen Luftströmung in den Luftschächten (2, 702, 1102) eines vorzugsweise aus mehreren Konvektorteilen (1) bestehenden Wärmetauschers ein gemeinsamer Antrieb (13, 713, 1013, 1113) vorgesehen ist.
12. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl und/oder die Drehrichtung der Rotoren (5, 305, 405, 605, 705, 805, 1005, 1105, 1205, 1305) veränderbar sind.
13. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß als Rotoren (5) zylindrische Körper dienen, deren vorzugsweise profilierte Mantelfläche in geringem Abstand (a) zu den Innenwänden (8) des Luftschachtes (2) angeordnet sind.
14. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß als Rotoren (305, 705, 805, 1005, 1105, 1205, 1305) mit Lüfterflügeln versehene Naben vorgesehen sind.

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