DE3521959A1

DE3521959A1 - Ventilatorvorrichtung

Info

Publication number: DE3521959A1
Application number: DE19853521959
Authority: DE
Inventors: Paul Bjerkreim Tengesdal
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1984-06-28
Filing date: 1985-06-20
Publication date: 1986-01-02
Also published as: SE459206B; NO154708B; FR2566881B1; DK160649C; AT394773B; NO154708C; DK251085D0; FI81193B; FI81193C; GB8514450D0; DK251085A; GB2160968B; JPH0449019B2; NL8501652A; DK160649B; GB2160968A; AU581901B2; AU4413185A; JPS6115030A; CH663658A5

Description

VON KREISLER SCHÖMVVÄLD¹-EJSHOtD ^FUE%521959 VON KREISLER KELLER SELTiNG WERNER

PATENTANWÄLTE

Dr.-Ing. von Kreisler 11973
Anmelder; Dr.-Ing. K. W. Eishold 11981

Paul Tenqesdal Dr.-Ing. K. Schönwald

Dr.J.F.Fues

N-4 3 8 7 B j erkreim Dipl.-Chem. Alek von Kreisler

Dipl.-Chem. Carola Keller
Dipl-Ing. G. Selting
Dr. H.-K. Werner

DEICHMANNHAUS AM HAUPTBAHNHOF

D-5000 KÜLN 1

14. Juni 1985
Sg-DB/my

Ventilatorvorrichtung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Ventilatorvorrichtung mit Wärmerückgewinnungseffekt, bestehend aus einem Exhaustor-Gebläse für durch eine Raumaußenwand von innen nach außen strömende Fortluft, einem Einlaßgebläse für von außen nach innen strömende frische Außenluft und einer Wärmeaustauschereinrichtung, die Wärme von der ausströmenden Fortluft auf die einströmende Frischluft überträgt, wobei die jeweiligen Luftströme abwechselnd durch zwei gleiche Regeneratormassen hindurchtreten. Vorzugsweise wird die Ventilatorvorrichtung in die Außenwand eines Raumes derart eingebaut, daß die Fortluft durch die Wand nach außen strömt, während frische Außenluft von außen hineingezogen und der Ventilatoreinheit zugeführt wird, in der sie in geeigneter Weise konditioniert, z.B. erwärmt (gekühlt), gefiltert, wahlweise befeuchtet usw. wird, bevor sie in den Raum austritt.

Telefon: (02 21) 1310 41 · Telex: 888 2307 dopa d · Telegramm: Dompatent Köln

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Räume in einem großen Gebäude werden im allgemeinen mittels eines 2entralen Ventilationssystems be- und entlüftet, das in dem Haus oder Gebäude installiert ist, wobei Luftleitungen von der Zentralanlage zu den verschiedenen Räumen des Gebäudes führen. Das System dient sowohl zur Luftkonditionierung als auch zur Wärmerückgewinnung, Filterung, Heizung, Kühlung und Befeuchtung .

Die eintretende konditionierte oder frische Luft wird durch das System von Leitungen zu den verschiedenen Räumen gelenkt und durch Auslaßöffnungen in die Räume geblasen. Die verbrauchte Fortluft wird durch dasselbe System über ein separates Leitungssystem aus dem Raum abgezogen und nach außen ausgestoßen.

Ferner ist es üblich, in den zu be- und entlüftenden Räumen separate Ventilatorvorrichtungen einzubauen. Hierbei erübrigt sich die Installation eines Luftleitungssystems in dem Gebäude, was vor allem bei vorhandenen Gebäuden, in denen die Verlegung von Luftleitungen schwierig und kostspielig wäre, vorteilhaft ist. Die beste Stelle für den Einbau der. Ventilatorvorrichtung befindet sich in einer Außenwand des Raumes, so daß durch eine öffnung in der Außenwand Luft von außen in den Raum hineingezogen werden kann. Im Winter ist die Außenluft kalt und muß auf angenäherte Raumtemperatur erwärmt werden, bevor sie in den Raum eingeblasen wird. Die verbrauchte Fort luft wird häufig mit Raumtemperatur nach außen abgegeben, d.h. ohne vorher gekühlt worden zu sein.

Die Erwärmung von einströmender Luft kann durch Wärmerückgewinnung beträchtlich reduziert werden, bei der die Wärme aus der nach außen strömenden Fortluft auf

die einströmende Kaltluft übertragen wird. Für diesen Zweck werden am häufigsten Platten-Wärmeaustauscher benutzt, die in konstruktiver und funktioneller Hinsicht einfach und deshalb für kleine Einraum-Ventilatorvorrichtungen dieser Art geeignet sind. Die einströmende Außenluft wird mit großer Kraft durch ein Gitter in der Oberplatte der Vorrichtung hindurchgeblasen. Die einströmende Luft vermischt sich durch Rühreffekt mit der Luft in dem Raum und es ergibt sich die sogenannte Agitator-Ventilation. Der Nachteil des Agitator-Ventilationssystems besteht darin, daß Verunreinigungen in der Innenluft im Raum verteilt und nur dann nach außen ausgetragen werden, wenn sie zufällig in die Nähe der Saugöffnung der Ventilatorvorrichtung kommen. Deshalb werden für eine ausreichende Funktion dieses Ventilatorsystems beträchtliche Frischluftmengen benötigt, wodurch sich Zugerscheinungen ergeben, die für Personen in dem Raum unangenehm sein können, wenn die Luft mit verhältnismäßig großer Kraft durch den Raum geblasen wird. Auch können Deckenlichtbefestigungen nachteiligen Einfluß auf die Luftströmungsrichtung in dem Raum haben und die Zugerscheinungen vergrößern.

Wenn es möglich wäre, die Menge der einströmenden Außenluft zu reduzieren, könnte man die Vorrichtung ebenfalls verkleinern. Selbst wenn alternativ die Vorrichtung die gleiche Größe hätte, könnten die Luftleitungen kleiner sein, wodurch sich das Geräusch vermindern und eine wirksamere Funktion der verschiedenen Komponenten in dieser Vorrichtung erreicht würde. Beispielsweise würde der Platten-Wärmeaustauscher effektiver arbeiten, d.h. er würde mehr Wärme von der verbrauchten Fortluft auf die einströmende Außenluft übertragen können.

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Ein generelles Problem bei der Benutzung von Platten-Wärmeaustauschern besteht darin, daß sich bei kalter Außenluft mit Temperaturen unterhalb des Gefrierpunktes auf der Lamelle in den Fortluftleitungen Eis bildet, das zur Erhaltung des Wärmerückgewinnungseffektes abgetaut werden muß. Zu diesem Zweck muß die Vorrichtung stillgesetzt werden, bis das Eis geschmolzen ist oder es muß ein Bypaßventil geöffnet werden, das die einströmende Außenluft an dem Platten-Wärmeaustauscher vorbeiführt. Während solcher Perioden muß ein HilfsHeizelement für die gesamte Erwärmungsfunktion sorgen, weil der Platten-Wärmeaustauscher nicht mehr arbeitet. Abmessung und Kapazität des Heizaggregates müssen deshalb größer sein als erforderlich wäre, wenn der Platten-WärmeauStauseher unterbrechungslos betrieben würde. Im übrigen muß das Eisschmelzwasser abgeleitet werden, so daß die zu enteisende Ventilatorvorrichtung an einen Auslaß angeschlossen werden muß.

Platten-Wärmeaustauscher haben wesentlich geringere Wirksamkeit als andere bekannte Wärmerückgewinnungssysteme, z.B. rotierende Wärmeaustauscher, die ein regeneratives Wärmerückgewinnungssystem bilden und die anders als Platten-Wärmeaustauscher in der Lage sind, sowohl Wärme als auch Feuchtigkeit zu übertragen. Rotierende Wärmeaustauscher, die hauptsächlich in großen Ventilatorsystemen benutzt werden, haben eine verhältnismäßig komplizierte Konstruktion und sind viel zu teuer, um in kleinen Einraum-Ventilatorvorrichtungen eingesetzt zu werden.

Eine andere Art eines regenerativen Wärmerückgewinnungssystems ist ein periodischer Wärmeaustauscher, bei dem die jeweiligen Luftströme zwischen zwei gleichen Regeneratormassen abwechseln. Diese bekannten periodi-

sehen Wärmerückgewinnungseinheiten sind jedoch zum Einbau in kleine Ventilatoreinheiten für die Ventilation eines einzigen Raumes ungeeignet.

Eine Hauptaufgabe der Erfindung ist die Überwindung oder beträchtliche Verringerung der Nachteile bekannter Ventilatorsysteme, insbesondere zur Erzielung wirkungsvoller Wärmerückgewinnung bei einer kleinen Ventilatorvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Diese Aufgabe wird durch die in den kennzeichnenden Teilen der Patentansprüche angegebenen Merkmale gelöst.

Die Flügelradanordnung, mit der die beiden Wärmeaustauscher in Verbindung stehen, ermöglicht regenerative Wärmerückgewinnung mit periodischer Abwechslung der beiden Luftströme zwischen zwei gleichen Regeneratormassen. Das Wärmerückgewinnungssystem ist deshalb sowohl einfach als auch hochwirksam. Außerdem funktioniert die Vorrichtung auch bei sehr tiefen Außenlufttemperaturen und tatsächlich sind die Vorteile des Wärmerückgewinnes bei tiefsten Außentemperaturen am größten.

Die auf der erfindungsgemäßen Wärmerückgewinnung basierende Ventilatorvorrichtung ist einfach aufgebaut. Sie erlaubt das Einblasen von Luft in den Raum durch versetzte Ventilation, wobei die Luft durch ein großes Gitter in dem Frontpaneel der Vorrichtung mit sehr niedriger Geschwindigkeit in den Raum eintritt. Die einströmende Außenluft bewegt sich langsam in den Raum hinein und steigt an Menschen oder anderen Wärmeerzeugungsquellen in dem Raum auf und die von ihr verdrängte Luft steigt gegen die Raumdecke auf, an der sich eine Abzugsöffnung befindet.
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Die Ventilation des Raumes ist mit dem erfindungsgemäßen Ventilator erheblich besser als mit Agitator-Einheiten und es werden daher beträchtlich geringere Luftmengen benötigt. Ein anderer wesentlicher Vorteil besteht darin, daß, da die einströmende Außenluft direkt gegen die Personen in dem Raum gerichtet ist, ohne mit der Warmluft an der Raumdecke vermischt zu werden, der Kühlungseffekt der Außenluft verbessert wird. Im Sommer kann daher mit Hilfe der Außenluft ein guter Kühlungseffekt erreicht werden, ohne daß eine extra Kühleinheit benötigt wird. Da die versetzte Ventilation wirksamer ist als andere entsprechende Ventilationsarten, kann die Menge der einströmenden Luft reduziert werden, ohne daß die Wirksamkeit der Vorrichtung merklich beeinträchtigt wird. Die erfindungsgemäße Ventilatorvorrichtung mit dem flügelradgesteuerten Wärmeaustauscher kann kleiner ausgebildet werden, wodurch der Platzbedarf verringert und die Möglichkeiten der Anbringung der Vorrichtung innerhalb des Raumes vergrößert v/erden. Der Preis der Vorrichtung ist ebenfalls niedriger als derjenige für bekannte Vorrichtungen mit ähnlicher Kapazität. Die Vorrichtung muß nicht an einen Drainageauslauf angeschlossen werden und sie verbraucht weniger Heizenergie, so daß die elektrische Installation entsprechend eingeschränkt werden kann.

Die Erfindung umfaßt eine Flügelradanordnung, die an Wärmeaustauscher angeschlossen ist und zwei separate Luftströme gleichzeitig so steuern soll, daß beide Luftströme gleichzeitig ihre Strömungsrichtung ändern. Die Flügelradanordnung weist ein Gehäuse auf, das eine rotierende Welle enthält, die zwei axial versetzte Paare von Klappen oder Flügeln trägt, wobei die beiden Flügel jedes Flügelpaares zwischen sich einen spitzen Winkel einschließen. Ein Flügel jedes Flügelpaares kann

in der gleichen Ebene wie der entgegengesetzt gerichtete Flügel in dem anderen Flügelpaar liegen. Die Welle kann sich periodisch um einen Winkel drehen, der dem von den Flügeln jedes Flügelpaares gebildeten Winkel entspricht. Die einströmende und die ausströmende Luft strömt gleichzeitig durch zwei separate Kammern innerhalb des Gehäuses und das eine Flügelpaar ändert die Strömungsrichtung der einströmenden Luft, während das andere Flügelpaar die Strömungsrichtung der ausströmenden Luft wechselt.

Die Flügel sind gegen die Luftströmungsrichtung gerichtet und es ist deshalb zur Änderung der Strömungsrichtungen nur ein kleiner Drehwinkel der Welle erforderlieh. Bei jedem Luftstrom ist ein Flügel des Flügelpaares zum Luftdurchlaß offen, während der andere gleichzeitig schließt und entsprechend verhält es sich gleichzeitig bei dem anderen Luftstrom. Die Flügelradanordnung hat zwei Anschluß Seiten, von denen die eine den Wäremaustauschern zugewandt ist und die andere einwärts gegen die Kammer gerichtet ist, in der das Exhaustorgebltlse bzw. das Einlaßgebläse angeordnet ist.

Auf der den Wärmeaustauschern zugewandten Seite wechsein die Luftströme bei rotierender Flügelradwelle die Ausströmöffnungen, während der Luftstrom auf der anderen gegen das Exhaustorgebläse und das Einlaßgebläse gerichteten Seite immer die gleiche Ausströmöffnung benutzt. Die Fortluft strömt daher immer durch die gleiche Strömungsöffnung in das Flügelradgehäuse, wechselt jedoch ihre Strömungsöffnung an dem Auslaß des Flügelradgehäuses. Die einströmende Außenluft wechselt ihre Strömungsöffnung innerhalb des Flügelradgehäuses, durchströmt jedoch an dem Auslaß des Flügelradgehäuses immer die gleiche Strömungsöffnung. Auf diese Weise

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wechseln bei Drehung der Flügelradwelle die Luftströme periodisch und die Vorrichtung arbeitet als periodische regenerative Wärmerückgewinnungseinheit.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert, die ein Ausführungsbeispiel veranschaulichen. Es zeigen:

Fig. 1 die Anordnung des Gerätes unter einem Fenster an einer Außenwand des Raumes in Ansicht aus dem Raum,

Fig. 2 zeigt das Gerät gesehen von der Außenseite der Wand, wobei ein Regenschutz die Ausstoß- und Einlaßöffnung abdeckt, um das Eindringen von Wasser in die Einheit zu verhindern,

Fig. 3 bis 5 eine perspektivische Ansicht des Gerätes, bei dem äußere Abdeckkomponenten abgenommen sind, um die inneren Bauteile der Einheit zu veranschaulichen,

Fig. 6 einen senkrechten Schnitt durch das Gerät in vergrößertem Maßstab zur Illustrierung der in Fig. 5 gezeigten Bauteile sowie des in Fig. 4 erkennbaren Filters, zusätzlich zu den Leitungsöffnungen für die Luftströme durch die Außenwand,

Fig. 7 einen Querschnitt längs der Linie VII-VII in Figur 6 und

Fig. 8 bis 11 perspektivische Ansichten den Flügelradanordnung oder von Teilen dieser Anordnung.

Die Ventilatorvorrichtung 1 hat die Form eines quaderförmigen Gehäuses und ist in einer Außenwand 2 unterhalb von Fenstern 3 installiert. Unmittelbar unter der Raumdecke 4 befindet sich ein Ventil 5 zur Rückgewinnung der Fort luft A aus dem Raum. Die Fort luft A wird der Vorrichtung 1 von dem Ventil 5 über eine Leitung 6 zugeführt. Der Einlaß des Gerätes ist mit 7 bezeichnet.

Die Fortluft A wird durch die Außenwand 2 ausgestoßen, während Außjenluft B von der Außenatmosphäre in das Gerät 1 hineingezogen und anschließend durch eine übliche Geblclseeinrichtung 8 in den Raum eingeblaaen wird.

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Die Ausstoßöffnung nach außen und die Einlaßöffnung für Außenluft sind durch eine Haube 9 abgedeckt, die so gestaltet ist, daß sie die Einheit gegen das Eindringen von Wasser schützt.

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Das Gerät ist auf der Vorderwand mit einem Bedienungspaneel 10 und einer abnehmbaren Wartungsabdeckung 11 versehen. In an sich bekannter Weise sind ein Exhaustor-Gebläse 12 zum Ansaugen der Luft aus dem Raum sowie ein Einlaßgebläse 13 zum Einblasen eines Frischluftstromes in den Räum vorgesehen. Ein geeigneter Filter 14 filtert die Außenfrrschluft B wie an sich bekannt.

Das Gerät 1 ist außerdem in üblicher Weise mit einem Wärmeaustauscher 15 ausgestattet, de-r Wärme von der ausströmenden Fortluft A auf die einströmende Außenluft B überträgt. Zur zusätzlichen Erwärmung der Außenluft B dient ein „Heizelement 16 an dem Auslaß des Frischluftgebläses 13. Der Wärmeaustauscher 15 besteht aus zwei

——■■ Wärmeaustauscherabschnitten oder -einbauten 15' und 15", die in separaten, durch eine Trennwand 17 voneinander getrennten Kammern untergebracht sind,, und sowohl die Außenluft B als auch die Fortluft A durchströmen den Wärmeaustauscher 15. Die Luftströme passieren die Außenwand 2 durch Kanäle 18 und 19. : '_t

Zur Gewährleistung eines wirksamen Wärmerückgewinns mit Hilfe des Wärmeaustauschers 15 (15',15") ist eine Flügelradanordnung mit verstellbaren Flügeln für den Fortluft- und den Außenluftstrom vorgesehen. Die Flügelradanordnung weist ein Gehäuse 20 auf, in dem eine Welle 21 drehbar gelagert ist, welche zwei axial versetzte Flügelpaare 22, 23 und 24, 25 trägt. Das Gehäuse 20 ist in zwei Kammern 26, 27 unterteilt (Fig. 10 und 11). Das Flügelpaar 22, 23 rotiert in der Kammer 26, während das Flügelpaar 24, 25 in der Kammer 27 umläuft. Die Welle 21 kann so gedreht werden, daß der Flügel 23 die Position 23' erhält, während der Flügel 22 die freigewordene ursprüngliche Position des Flügels 23 einnimmt. Da alle Flügel 22 bis 25 der Drehung der gemeinsamen Welle 21 folgen, gelangt der Flügel 24 in die Position 24' und der Flügel 25 kommt in die freigewordene Position des Flügels 24. Dies ist in Figur 9 gezeigt. Die Welle 21 hat deshalb eine Bewegung durchgeführt, deren Drehwinkel dem Winkel zwischen den beiden Flügeln jedes Paares 22, 23 und 24, 25 entspricht.

Diese Drehung der Welle 21 erfolgt periodisch, so daß während einer Periode die Fortluft A in einer Ebene 28 in das Gehäuse eintritt und es in einer Ebene 29 verläßt, während gleichzeitig die frische Außenluft B in einer Ebene 30 in das Gehäuse einströmt und dieses in einer Ebene 32 verläßt. Während der nächsten Periode gelangt die Fortluft A¹ in einer Ebene 32 in das Gehäuse und tritt in einer Ebene 33 aus diesem aus, während gleichzeitig die Außenluft B' in einer Ebene 34 in das Gehäuse gelangt und in einer Ebene 31 ausströmt.

Die Drehung der Welle 21 bewirkt, daß die Fortluft A während einer Periode durch die Wärmeaustauscheranordnung 15" strömt, während gleichzeitig die Außenluft B

die Wärmeaustauscheranordnung 15' durchströmt. Während der nächsten Periode passiert die Fortluft A' den Wärmeaustauscher 15', während die Außenluft B' durch den Wärmeaustauscher 15" hindurchtritt.

Durch die Drehung der Welle 21 wird infolgedessen ein periodischer Austausch der Luftströme durch zwei gleiche regenerative Massen erzielt. Die erfindungsgemäße Ventilatorvorrichtung funktioniert daher nicht nur als Air-Conditioning-Ventilatorvorrichtung, sondern auch als periodische regenerative Wärmerückgewinnungseinheit.

Claims

ANS P RÜCHE

1. Ventilatorvorrichtung mit Wärmerückgewinnungseffekt, bestehend aus einem Exhaustor-Gebläse (12) für durch eine Raumaußenwand (2) von innen nach außen strömende Fort luft (A) , einem Einlaßgebläse (13) für von außen nach innen strömende frische Außenluft (B) und einer WMrmeaustauschereinrichtung (15), die Wärme von der ausströmenden Fortluft (A) auf die einströmende Frischluft (B) überträgt, wobei die jeweiligen Luftströme (A,B) abwechselnd durch zwei gleiche Regeneratormassen (15', 15") hindurchtreten,

dadurch gekennzeichnet, daß
die Wärmeaustauschereinrichtung (15) zwei separate Wärmeaustauscher (15',15") enthält und an eine Flügelradanordnung angeschlossen ist, die verstellbare Flügel (22, 23 und 24,25) zur Steuerung der ausströmenden und der einströmenden Luft aufweist,
daß die Flügel (22,23;24,25) auf einer gemeinsamen drehbaren Welle (21) angeordnet sind, die periodisch um einen vorgegebenen Winkel drehbar ist, so daß in einer ersten Position die ausströmende Fortluft (A) durch den ersten Wärmeaustauscher (z.B. 15") geführt wird, während gleichzeitig die einströmende Außenluft (B) durch den zweiten Wärmeaustauscher (z.B. 15") gelenkt wird und in einer zweiten Position die jeweiligen Luftströme (A,B) durch die gegenüberliegenden Wärmeaustauscher geführt werden, so daß die einströmende Außenluft (B) den ersten Wärmeaustauscher (15') und die ausströmende Fortluft (A) den zweiten Wäremaustauscher (15") passieren.

2. Ventilatorvorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß

die Flügelradanordnung auf der Welle (21) zwei zueinan-

der axial versetzte Flügelpaare (22,23 und 24,25) aufweist, die jeweils einen spitzen Winkel zueinander gleicher Größe bilden, so daß ein Flügel (22) des einen Flügelpaares in der gleichen Ebene wie ein entgegengesetzt gerichteter Flügel (25) des zweiten Flügelpaares liegt und der zweite Flügel (23) des ersten Flügelpaares sich in der gleichen Ebene wie der zweite Flügel (24) des zweiten Flügelpaares (25) befindet und daß die Welle (21) zwischen ihren beiden extremen Außenpositionen periodisch um einen solchen Winkel drehbar ist, der dem Winkel zwischen den Flügeln jedes Flügelpaares entspricht.