DE8518384U1

DE8518384U1 - Rotierender Wärmeaustauscher

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Publication number: DE8518384U1
Application number: DE8518384U
Authority: DE
Original assignee: KIRCHMEIER HANS 5067 KUERTEN DE
Current assignee: KIRCHMEIER HANS 5067 KUERTEN DE
Priority date: 1985-06-25
Filing date: 1985-06-25
Publication date: 1985-08-08
Also published as: US4699206A; CA1263112A

Description

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EUROPEAN PATENT ATTORNEYS IN WIESBADEN IN MÜNCHEN P i BLUMBACH blPL.-ING. PATENTANWALT R. KRAMER DIPl-ING. PAtENfANWALT

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Rotierender Wärmeaustauscher

Die Erfindung betrifft einen rotierenden Wärmeaustauscher für den Wärmeaustausch zwischen wenigstens zwei gasförmigen Medien mit einem ringförmigen, in einem Gehäuse rotierenden Wärmeübertragungsorgan aus einem ein räumliches Stabwerk bildenden Fasermaterial, mit einer feststehenden Trennwand, die den Innenraum des Wärmeübertragungsorgans in zwei halbkreisförmige Räume unterteilt, in die zwei Einlaßöffnungen des Gehäuses münden, und mit zwei außerhalb des Wärmeübertragungsorgans sich gegenüberliegenden Auslaß-Diffusorräumen, die sich von einem engen, mit dem Wärmeübertragungsorgan gebildeten Spalt aus in Richtung zum Auslaß erweitern.

Ein rotierender Wärmeaustauscher dieser Art ist aus der DE-PS 1 551 45 7 bekannt. Er wird insbesondere füir den Wärmeaustausch zwischen einem Zu- und einem Abluftstirom in Gebäuden benutzt, um durch Wärmerückgewinnung aus dein Abluftstrom Energie einzusparen. Da das rotierende Wärmeübertragungsorgan gleichzeitig als Radialgebläse sowohl für den Zuluft- als auch für den Abluftstrom wirkt, lassen sich in den meisten Fällen zusätzliche Gebläse einsparen. Als Material für das Warmeübertragungsorgan wird neben Fasermaterial meist offenporiger Schaumstoff in Ringform benutzt.

Sonnenberger Straße 43 6200 Wiesbaden Telefon (06121)542943/561998 Telex4186237 Telegramme Patentconsult Radeckestraße 43 8000 Mifiöieriid "Te^on^r^ 8336p3/M36f4 Telex 5212313 Telegramme Patentconsult Telefax (CClTT J) Wiesbaden und'München <&9ieSi5i18 Attention Patentconsult

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Die Trennung zwischen den beiden Luft- bzw. Medien stü'Ömen sowie auch der Wirkungsgrad sind bei dem bekann-t tön Wärmeaustauscher gut, d.h₄ es findet nur eine geringfügige Mischung zwischen der Zuluft und Abluft von beispieisweise 15 % statt, und die TemperätUrdifferenz der beiden Ströme nach Passieren des Wärmeaustauschers beträgt nur wenige ^eC . Im Interesse möglichst hoher Energieeinsparung und möglichst niedriger Durchmischung der beiden Medienströme besteht aber der Wunsch, die bisher erzielten Werte zu verbessern. Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, den Wirkungsgrad und die Durchmischungswerte des bekannten Wärmeaustauschers zu verbessern und seine praktische Einsatzmöglichkeit zu erweitern .

Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung von einem rotierenden Wärmeaustauscher der eingangs genannten Art aus und ist dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand an wenigstens einer an das Wärmeübertragungsorgan angrenzenden Kante mit einer Abschirmwand versehen ist. Dadurch wird derjenige Bereich des Wärmeübertragungsorgans, in welchem das einströmende Medium durch Mitnahme in den anderen Medienstrom transportiert wird, abgeschirmt, so daß die Durchmischung zwischen den beiden Medienströmen kleiner werden kann. Dadurch steigt auch der Wirkungsgrad.

Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. So folgt zweckmäßig die Abschirmwand etwa der Innekontur des Wärmeübertragungsorgans. Die Abschirmwand kann mit Bezug auf die Trennwand unterschiedliche Lagen einnehmen. Vorzugsweise verläuft aber die Abschirmwand von der Kante der Trennwand ausgehend entweder in Drehrichtung oder entgegen der Drehrichtung des Wärmeübertragungsorgans. Wenn an beiden Kanten der Trennwand Abschirmwände vorgesehen sind, so verlaufen diese ausgehend von der Trennwandkante entweder beide in Drehrichtung oder beide entgegen der Drehrichtung des Wärmeübertragungsorgans. Darüberhinaus besteht jedoch auch die Möglichkeit, die eine Abschirmwand in Drehrichtung und die andere Abschirmwand entgegen der Drehrichtung des Wärmeübertragungsorgans

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verlaufen zu lassen* Die Abschirmwand kann auf die Kante der Trennwand aufgesetzt sein* Eine einfache Konstruktion entsteht aber dann, wenn die Abschirmwand durch eine Abwihkelung der Trennwand gebildet ist* Die Länge der Abschirmwand in Richtung des Umfangs des rotierenden Wärmeübertragungsorgans hängt von der Art der Medien, den jeweiligen Druckverhältnissen sowie der Drehzahl des Wärmeübertragungsorgans ab. Sie liegt aber im allgemeinen in einem Bereich von 3 bis 30° und vorzugsweise in einem Bereich von 10 bis 15°. Die Höhe der Abschirmwand ist gleich der Höhe der Trennwand.

Eine Verbesserung des Wirkungsgrades läßt sich in Weiterbildung der Erfindung dadurch erreichen, daß die Trennwand wärmeisolierend ausgebildet ist. Diese Verbesserung ist auch unabhängig von der Verwendung einer Abschirmwand von Bedeutung. Insbesondere bei Medienströmen mit großer Temperaturdifferenz, beispielsweise wenn der Wärmeaustauscher bei sehr niedrigen Außentemperaturen von -40⁰C und einer Innentemperatur von +20⁰C eingesetzt wird, ist der Wärmeübergang über die Trennwand groß, wenn diese beispielsweise in der üblichen Weise aus Stahlblech oder einem anderen Material mit guter Wärmeleitfähigkeit besteht. Außerdem besteht die Gefahr, daß die Feuchtigkeit im warmen Luftstrom an der kalten Trennwand kondt^nsiert und sogar unter Störungen des Betriebs gefriert.

Die wärmeisolierende Ausbildung der Trennwand kann zweckmäßig dadurch erfolgen, daß die beispielsweise aus Metall bestehende Trennwand wenigstens auf einer Seite, vorzugsweise auf der kalten Seite mit wärmeisolierendem Material belegt ist. Hier kommt beispielsweise ein Schaumstoff in Frage.

Die praktischen Einsatzmöglichkeiten eines Wärmeaustauschers der vorstehend erläuterten Art lassen sich dadurch erweitern und verbessern, daß der Wärmeaustauscher mit einem Doppelgebläse kombiniert ist, das ein- und ausgangsseitig parallel zu dem Wärmeaustauscher geschaltet ist, und daß mit Hilfe von ein- und/oder ausgangsseitig

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in die Medienströme des Wärmeaustauschers und des Doppelgebläses eingeschaltete Klappen zwischen einem Wärmeaustausch und einem reinen Gebläsebetrieb umgeschaltet werden kann. Wenn daher beispielsweise die Temperaturdifferenz zwischen einem Zuluft- und einem Abluftstrom klein ist, so erfolgt zweckmäßig der Luftaustausch bei besserem Wirkungsgrad mit Hilfe des Gebläses. Auch in anderen Fällen kann es zweckmäßig sein, keinen Wärmeaustausch zwischen einem Zuluft- und Abluftstrom während bestimmter Zeiten vorzunehmen, beispielsweise wenn ein Innenraum im Winter zu warm geworden ist. Eine solche Kombination von rotierendem Wärmeaustauscher und Doppelgebläse ist auch ohne Verwendung von Abschirmwänden und ohne isolierende Trennwand beim Wärmeaustauscher von Be-

.15 deutung.

Für die praktische Verwirklichung bestehen mehrere f Möglichkeiten: So können das ringförmige Wärmeübertra- |

gungsorgan des Wärmeaustauschers und der Läufer eines |

Radialgebläses mit einer den Innenraum des Läufers in \

zwei halbkreisförmige Räume unterteilenden, feststehen- | den Trennwand auf der gleichen Welle eines Antriebsmotors I angeordnet sein. Das Radialgebläse ist dann also ganz j

ähnlich ausgebildet wie der Wärmeaustauscher, besitzt aber * statt des ringförmigen Wärmeübertragungsorgans einen Schaufelkranz üblicher Art. Mit Vorteil können das ringförmige Wärmeübertragungsorgan und der Läufer des Radialgebläses Rücken an Rücken auf der Motorwelle angeordnet sein und etwa gleichen Außendurchmesser besitzen, und das Gehäuse des Wärmeaustauschers und des Radialgebläses können mit ihren Äuslaß-Diffusorräumen gleiche Form besitzen und zueinander ausgerichtet aneinander liegen. Dadurch ergibt sich eine besonders einfache mechanische Konstruktion, und außerdem sieht die Kombination aus Wärmeaustauscher und Gebläse äußerlich wie ein einheitliches Gerät aus, Wenn das Warltieübertf agungsorgän des Wärmeaustauschers und der Läufer des Gebläses (bei Anordnung auf j der gleichen Welle) gleiche Drehzahl haben, kann die BaU-

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höhe des Radialgebläses kleiner sein als die des Wärmeaustauschers, weil der Wirkungsgrad des Radialgebläses hinsichtlich der Luftförderung besser ist.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch ein Ausführungsbeispiel für

einen rotierenden Wärmeaustauscher nach der Erfindung;

Fig. 2 mehrere Ausführungsformen für die Trennwand des Wärmeaustauschers nach Fig. 1; Fig. 3 und 4 die Seiten- bzw. Vorderansicht einer Kombination aus einem Wärmeaustauscher und einem Radialgebläse als Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Der Wärmeaustauscher gemäß Fig. 1 weist in einem Gehäuse 1 ein ringförmiges, rotierendes Wärmeübertragungsorgan 2 auf, das beispielsweise aus offenporigem Schaumstoff besteht und in einem gitterartigen, auf der Welle eines Motors (nicht gezeigt) befestigten Läufers (nicht gezeigt) gehalten ist. Im Inneren des Wärmeübertragungsorgans 2 ist eine feststehende, d.h. nicht mitrotierende, aber gegebenenfalls in ihrer Winkellage einstellbare Trennwand 3 angeordnet, an deren einer Kante eine Abschirmwand 4 in Form einer Abwinkelung der Trennwand 3 angeordnet ist. Die Abschirmwand 4 folgt etwa der kreisförmigen Innenkontur des Wärmeübertragungsorgans 2. Die Trennwand 3 unterteilt den Innenraum des Warmeubertragungsorgans 2 in zwei halbkreisförmige Räume 5a, 5b, in die die Einlaßöffnungen des Wärmeaustauschers über geeignete Kanäle (nicht gezeigt) münden. Wenn das Wärmeübertragungsorgan 2 in Richtung der dargestellten Pfeile in Drehung versetzt wird, erfolgt eine Luftförderung aus dem Raum 5a in einen sich nach außen spiralig erweiternden Diffusorraum 6a, wie symbolisch durch die unausgefüllten kleinen Kreise 7a dargestellt. Entsprechend Wird Luft aus dem Raum 5b in einen' Diffüsorraum 6b

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gefördert, wie die ausgefüllten kleinen Kreise 7b zeigen.

Im Bereich der Kanten der Trennwand 3 kann sich durch Mitnahme von Luftteilchen im Wärmeübertragungsorgan 2 eine Durchmischung ergeben, d.h. bestimmte Anteile der Luft 7a treten nicht in den Raum 6a aus, sondern werden mitgenommen und in den Raum 6b gefördert und dort mit der aus dem Einlaßraum 5b stammenden Luft 7b gemischt. Ein Minimum dieser Durchmischung laßt sich durch richtige Winkeleinstellung der Trennwand 3 mit Bezug auf die Gehäusekanter. 8a bzw. 8b erreichen, die mit dem Wärmeübertragungsorgan 2 einen engen Spalt bilden. Eine wesentliche Verbesserung in Richtung auf möglichst kleine Durchmischung ergibt sich aber durch die Abschirmwand 4, die im kritischen, gestrichelt angedeuteten Durchmischungsraum 9 des Wärmeübertragungsorgans 2 das Eintreten von Luft aus dem Eingangsraum 5a verhindert.

Je nach Stellung der Trennwand 3 sowie abhängig von der Drehzahl des Wärmeübertragungsorgans 2 und den jeweils geförderten Medien kann die Abschirmwand 4 ausgehend von der Kante der Trennwand 3 in der Drehrichtung oder entgegen der Drehrichtung verlaufen. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 erstreckt sich die Abschirmwand 4 entgegen der Drehrichtung des Wärmeübertragungsorgans Fig. 2 zeigt die weiteren Möglichkeiten für die Anordnung der Abschirmwände. In Fig. 2a erstreckt sich die Abschirmwand 4a in der Drehrichtung des Wärmeübertragungsorgans in Fig. 1. In den Fig. 2b bzw. 2c sind jeweils zwei Abschirmwände 4b bzw. 4c vorgesehen, die sich entgegen der Drehrichtung bzw. in der Drehrichtung des Wärmeübertragungsorgans 2 erstrecken. Gemäß Fig. 2d verläuft eine Abschirmwand 4b in der Drehrichtung und die andere Abschirmwand 4c entgegen der Drehrichtung des WärmeÜbertragungsorgans .

Insbesondere dann, wenn der Temperaturunterschied zwischen beispielsweise einem Zuluftstrom , der aus dem Raum 5a in den Raum 6a gefördert wird, und einem AblUft*- strom, der aus dem Raum 5b in den Raüfti 6b eintritt, sehr

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S 1 groß ist, können hohe Wärmeverluste auftreten, wenn die

ι Trennwand 3 (und die Abschirmwand 4) aus einem Material mit

guter Wärmeleitfähigkeit besteht. Eine Verbesserung läßt sich gemäß Fig. 2e dadurch erreichen, daß die Trennwand 2 5 sowie auch die Abschirmwand 4 mit einer Schicht 10 aus wärmeisolierendem Material belegt werden. Diese Schicht basteht zweckmäßig aus Schaumstoff, beispielsweise einem Polyurethanschaum.

Fig. 3 und 4 zeigen die Kombination aus oinem Wärme-

I 10 austauscher 11 entsprechend Fig. 1 und einem im wesentlichen I gleich ausgebildeten Radialgebläse 12, das anstelle des

I Wärmeübertragungsorgans 2 ein Schaufelrad 13 üblicher Art

I besitzt. Auch hier teilt eine Trennwand (nicht gezeigt) den

Ϊ Innenraum in zwei halbkreisförmxge Hälften.

I 15 in der Seitenansicht gemäß Fig. 3 sind zur besseren

I Verdeutlichung Gehäuseteile weggenommen. Man erkennt daher

\ entsprechend der Darstellung in Fig. 1 ein rotierendes

I Wärmeübertragungsorgan 2, eine Trennwand 3 mit Abschirm-

I wänden 4, die beiden Innenräume 5a und 5b sowie die zuge-

j. 20 ordneten Diffusorräume 6a und 6b. Am Ausgang der Räume 6a I und 6b sind Klappen 14 angeordnet, mit deren Hilfe die

\ Ausgänge verschlossen bzw. geöffnet werden können.

( Entsprechend der Vorderansicht in Fig. 4 sind das

\ ringförmige Wärmeübertragungsorgan 2 und das Schaufelrad

ί 25 13 des Gebläses 12 auf einer gemeinsamen, nur schematisch j dargestellten Motorwelle 15 mit Hilfe von ebenfalls nur

■ schematisch gezeigten Lagern 16 Rücken an Rücken angeordnet.

■ Die Diffusor-Auslaßräume des Gebläses 12 haben die gleiche \ Form wie die Räume 6a und 6b des Wärmeaustauschers 11, so

30 daß insgesamt eine kompakte Einheit verwirklicht werden kann, die nur eine Trennwand 17 zwischen dem Wärmeaustauscher M und dem Gebläse 12 besitzt. Klappen 18 im Einlauf des Wärmeaustauschers 11 bzw. des Gebläses 12 ermöglichen zusammen mit den Klappen 14 ein Umschalten vom Wärmeaustausch-

35 betrieb zürn Gebläsebetrieb.

Claims

BLUMBACH'· WEÖfeR ■ SgRGiEN ■ KRAMER ZWIRNER ■ HOFFMANN EUROPEAN PATENT AHORNEYS IN WIESBADEN IN MÖNCHEN P. G. BLUMBACH DIPL-ING PATENTANWALT R. KRAMER DIPL-ING. PATENTANWALT P. BERGEN PROFESSOR DR. JUR. DIPL-ING. W. WESER DIPL-PHYS. DR. RER. NAT. PATENTANWALT e. ZWIRNER DIPL -ING. DIPl-W-ING. PATENTANWALT E- HOFFMANN DIPL-ING PATENTANWALT Hans Kirchmeier Kleinheide 21, 5067 Kürten 2 Schutzansprüche

1. Rotierender Wärmeaustauscher für den Wärmeaustausch zwischen wenigstens zwei gasförmigen Medien mit einem ringförmigen, in einem Gehäuse (1) rotierenden Wärmeübertracjüngsorgan (2) aus einem ein räumliches Stabwerk bildenden Fasermaterial,

mit einer feststehenden Trennwand (4), die den Innenraum des Wärmeübertragungsorgans in zwei halbkreisförmige Räume (5a, 5b) unterteilt, in die zwei Einlaßöffnungen des Gehäuses münden, und

mit zwei außerhalb des Wärmeübertragungsorgans (2) sich gegenüberliegenden Auslaß-Diffusorräumen (6a, 6b) , die sich von einem engen, mit dem Wärmeübertragungsorgan gebildeten Spalt aus in Richtung zum Auslaß erweitern, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand (3) an wenigstens einer, an das Wärmeübertragungsorgan angrenzenden Kante mit einer Abschirmwand (4) versehen ist.

2. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Form der Abschirmwand (4) etwa deif Innenkontur des WMrmeübertragüngsorgans (2) folgt.

Sonnenbergef SlraOe 43 £200 Wiesbaden Telefon (04121) S62943/5<S1?9ä Telex 418653? Telegfamme PalenlcOnsull

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3. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmwand (4a, 4b) von der Kante der Trennwand (3) ausgehend in Drehrichtung •3es Wärmeübertragungsorgans verläuft.

5

4. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmwand (4, 4c) von aer Kante der Trennwand (3) ausgehend entgegen der Drehrichtung des Wärmeübertragungsorgans (2) verläuft.

5. Wärmeaustauscher nach Anspruch 3 oder 4, 10 dadurch gekennzeichnet, daß an beiden Kanten der Trennwand

(3) Abschirmwände (4) angeordnet sind.

6. Wärmeaustauscher nach Anspruch 3 oder 4,

I dadurch gekennzeichnet, daß an beiden Kanten der Trennwand

f, (3) Abschirmwände (4) angeordnet sind, von denen eine (4b)

I 15 in Drehrichtung und die andere (4c) entgegen der Dreh-

I richtung des Wärmeübertragungsorgans (2) verläuft.

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7. Wärmeaustauscher nach einem der An-

I sprüche 1 bis 6,

\ dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmwand (4) durch

I 20 eine Abwinkelung der Trennwand (3) gebildet ist.

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8. Wärmeaustauscher nach einem der An-

I sprüche 1 bis 7,

i dadurch gekennzeichnet, daß die bzw. jede Abschirmwand (4)

I sich über einen Winkelbereich von 3 bis 30°, vorzugsweise

25 von 10 bis 15°, des ringförmigen Wärmeübertragungsorgans (2) erstreckt.

9. Wärmeaustauscher nach den Oberbegriff des Anspruchs 1 oder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand (3) «äremisolie-SO rend (Fig. 2e: 10) ausgebildet ist. i

10. Wärmeaustauscher nach Anspruch 9,

I dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand (3) wenigstens

\ auf einer Seit«, vorzugsweise der kalten Seite, mit wärme-

¹ isolierendem Material (Fig. 2e: 10) belegt ist.

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11. Wärmeaustauscher nach den Oberbegriff des

jf, Anspruchs 1 oder nach einem der Vorhergehenden Ansprüche,

{| dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeaustauscher (Pig. 3,

I 4: 11} mit einem Doppelgebläse (12) kombiniert ist, das

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ein-= und ausgangssei tig parallel zu dem Wärmeaustauscher (11) geschaltet ist und

daß mit Hilfe von ein- und/oder ausgangsseitig in die Medienströme des Wärmeaustauschers und des Doppelgebläses eingeschaltete Klappen (14, 18) zwischen einem Wärmeaustausch- und einem reinen Gebläsebetrieb umgeschaltet werden kann.

12. Wärmeaustauscher nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das ringförmige Wärmeaustauschorgan (2) und der Läufer (13) eines Radialgebläses mit einer den Innenraum des Läufers (13) in zwei halbkreis-^ förmige Räume unterteilenden, feststehenden Trennwand auf der gleichen Welle (15) eines Antriebsmotors angeordnet sind.

13. Wärmeaustauscher nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das ringförmige Wärmeübertragungsorgan (2) und der Läufer (13) des Radialgebläses Rücken an Rücken auf der Motorwelle (15) angeordnet sind und etwa den gleichen Außendurchmesser besitzen und daß das Gehäuse des Wärmeaustauschers (11) und des Radialgebläses (12) mit ihren Auslaß-Diffusorräumen (6a, 6b) gleiche Form besitzen und zueinander ausgerichtet aneinander (17) liegen.

14. Wärmeaustauscher nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Bauhöhe des Radialgebläses (12) kleiner als die des Wärmeaustauschers (11$ ist.

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