EP2520890A1 - Rotationswärmetauscher - Google Patents

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Publication number
EP2520890A1
EP2520890A1 EP11164597A EP11164597A EP2520890A1 EP 2520890 A1 EP2520890 A1 EP 2520890A1 EP 11164597 A EP11164597 A EP 11164597A EP 11164597 A EP11164597 A EP 11164597A EP 2520890 A1 EP2520890 A1 EP 2520890A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
cylinder end
heat exchanger
diaphragm
rotary heat
face
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP11164597A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Martin Geiselhart
Hannes Ing. Hausbichler
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hoval AG
Original Assignee
Hoval AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hoval AG filed Critical Hoval AG
Priority to EP11164597A priority Critical patent/EP2520890A1/de
Publication of EP2520890A1 publication Critical patent/EP2520890A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D19/00—Regenerative heat-exchange apparatus in which the intermediate heat-transfer medium or body is moved successively into contact with each heat-exchange medium
    • F28D19/04—Regenerative heat-exchange apparatus in which the intermediate heat-transfer medium or body is moved successively into contact with each heat-exchange medium using rigid bodies, e.g. mounted on a movable carrier
    • F28D19/041—Regenerative heat-exchange apparatus in which the intermediate heat-transfer medium or body is moved successively into contact with each heat-exchange medium using rigid bodies, e.g. mounted on a movable carrier with axial flow through the intermediate heat-transfer medium
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D19/00—Regenerative heat-exchange apparatus in which the intermediate heat-transfer medium or body is moved successively into contact with each heat-exchange medium
    • F28D19/04—Regenerative heat-exchange apparatus in which the intermediate heat-transfer medium or body is moved successively into contact with each heat-exchange medium using rigid bodies, e.g. mounted on a movable carrier
    • F28D19/047—Sealing means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F27/00—Control arrangements or safety devices specially adapted for heat-exchange or heat-transfer apparatus
    • F28F27/02—Control arrangements or safety devices specially adapted for heat-exchange or heat-transfer apparatus for controlling the distribution of heat-exchange media between different channels
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F2203/00—Devices or apparatus used for air treatment
    • F24F2203/10—Rotary wheel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F3/00—Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems
    • F24F3/12—Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems characterised by the treatment of the air otherwise than by heating and cooling
    • F24F3/14—Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems characterised by the treatment of the air otherwise than by heating and cooling by humidification; by dehumidification
    • F24F3/1411—Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems characterised by the treatment of the air otherwise than by heating and cooling by humidification; by dehumidification by absorbing or adsorbing water, e.g. using an hygroscopic desiccant
    • F24F3/1423—Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems characterised by the treatment of the air otherwise than by heating and cooling by humidification; by dehumidification by absorbing or adsorbing water, e.g. using an hygroscopic desiccant with a moving bed of solid desiccants, e.g. a rotary wheel supporting solid desiccants

Definitions

  • the present invention relates to a rotary heat exchanger, and in particular a rotary heat exchanger having a circular cylindrical storage mass rotating about an axis with a plurality of flow channels and a first and a second cylinder end face, a housing covering the lateral surface of the memory mass, wherein the housing is designed such that it an inflow surface on a cylinder end face with a downstream surface on the other cylinder end face corresponds, and with a diaphragm which defines a cavity with respect to a partial surface of a cylinder end side, the partial surface of the cylinder end face partially by a Zu Kunststoffabström formation and is formed in part by a Ab povertyanström production and wherein a first portion of the cavity corresponding to the partial surface of the other Zylin the end face is part of the Zu Kunststoffanström measurements and a second portion of the corresponding cavity with the cavity surface of the other cylinder end face is part of the Ab povertyabström interpretation, so that the entering over the first section fresh air is deflected through the cavity and at
  • Rotary heat exchangers are mainly used in ventilation systems for the purpose of heat recovery by means of regenerative heat transfer.
  • a permeable storage mass usually rotates at a speed of 1 to 20 rpm and transfers heat and optionally moisture between usually two air streams, usually in the pressure loss range of 100 to 300 Pa and differential pressures of up to 2000 Pa.
  • the flow channels are still filled with warm exhaust air, if they come due to the rotation of the storage mass in the area in which cold outside air flows through them.
  • This co-rotation creates an undesirable proportion of recirculated air, since still located in the flow channels exhaust air from incoming outside air from the storage mass is moved towards the Zu Kunststoffabström configuration and leaves the storage mass together with outside air as supply air. Contaminants from the exhaust air are thus added to the supply air.
  • some rotary heat exchangers have a so-called "rinsing zone", which is arranged at the separation point between the Zu Kunststoffabström preparation and Ab povertyanström design and in which outside air is deflected in exhaust air filled with flow channels and fed from these the exhaust air, so the flow channels are largely cleaned of exhaust air when they enter the region of the fresh air inflow surface.
  • An undesirable side effect of the rinsing zone is that the scavenging air flow caused by the rinsing zone allows the thermal energy of the exhaust air intended for transfer to the fresh air or supply to escape unused into the exhaust air, thus reducing the energy efficiency of the rotary heat exchanger.
  • the invention has for its object to provide a rotary heat exchanger with improved energy efficiency.
  • the object is achieved by a rotary heat exchanger with the features of claim 1.
  • the rotary heat exchanger according to the invention has a circular-cylindrical storage mass rotating about an axis with a multiplicity of flow channels and a first and a second cylinder end face.
  • the rotary heat exchanger comprises a housing, which covers the lateral surface of the storage mass and leakage, usually using a seal out prevents the housing.
  • the housing is designed in such a way that it releases inflow and outflow surfaces assigned to one another on the cylinder end surfaces of the storage mass, wherein an inflow surface on one cylinder end face corresponds to an outflow surface on the other cylinder end face. At this inflow and outflow close to different channels (for fresh air, supply air, exhaust air and exhaust air), which are not themselves part of the rotary heat exchanger.
  • the rotary heat exchanger according to the invention further comprises a diaphragm which defines a cavity with respect to a partial surface of a cylinder end face, this cavity usually being referred to as a rinsing zone.
  • the overlapped partial surface of the cylinder end face is partially formed by a Zu Kunststoffabström formation and partially by a Ab povertyanström simulation, wherein a first portion of the cavity corresponding to the partial surface of the other cylinder end face part of the Zuluftanström measurements and a second portion of the cavity corresponding to the partial surface of the other cylinder end face is part of Ab povertyabström production in that the fresh air entering via the first section is deflected via the cavity and at least partially emerges in the second section and is supplied to the exhaust air, thereby largely cleaning the corresponding flow ducts from exhaust air.
  • the arrangement of the diaphragm on the cylinder end surface causes the direction of rotation of the storage mass, i. this rotates in a plan view of the panel to the right (and viewed from the
  • the diaphragm is designed in such a way that the partial area of the cylinder end face covered by the diaphragm can be adjusted by varying the size or dimensioning of the diaphragm.
  • the aperture is usually formed in several parts, but at the same low pressures can also be used at least partially elastic diaphragm material.
  • the extent of the amount of air that passes through the rinsing zone in the exhaust air depends, inter alia, on the currently supplied and withdrawn total air, the rotational speed of the storage mass and the size of the rinsing zone itself.
  • the rinsing zone must therefore be constructed differently depending on the system design.
  • the size of the aperture By varying the size of the aperture a simple adaptation of the rotary heat exchanger to the respective requirements is possible, and the efficiency of the rotary heat exchanger is thus significantly increased.
  • the purge air flow is always kept as low as possible and only the absolutely necessary exhaust air is flushed into the exhaust air, so that a larger part of the exhaust air can be used for heat transfer, causing the Energy efficiency of the rotary heat exchanger is increased.
  • the diaphragm comprises two sections in the form of a circular sector fixed to the housing at the axis of the storage mass, and the covered partial surface of the cylinder end surface is adjustable by adjusting the aperture angle (or midpoint angle) of the diaphragm formed by the sections ,
  • the aperture angle or midpoint angle
  • Such a design of the diaphragm is particularly preferred because of the geometry of a rotary heat exchanger, since a correspondingly shaped diaphragm is adapted in terms of its radial dimension to the relative rotational speed of the storage mass.
  • the diaphragm is fixed to the housing at the axis of the storage mass and formed by (parallel) mutually displaceable sections.
  • a trained aperture forms, for example, a height or width adjustable rectangle.
  • the size or dimensioning of the aperture can already be determined during assembly of the rotary heat exchanger by using appropriate aperture kits. However, it is preferred that the size or dimensioning of the aperture during operation of the rotary heat exchanger is adjustable, wherein it is particularly preferred that the diaphragm is associated with a servo motor, with which the area covered by the panel partial surface of the cylinder end face is adjustable.
  • the diaphragm comprises latching means with which the partial surface of the cylinder end surface covered by the diaphragm can be adjusted and fixed.
  • latching means with which the partial surface of the cylinder end surface covered by the diaphragm can be adjusted and fixed.
  • it is necessary to temporarily stop the operation of the rotary heat exchanger.
  • such a variant may be useful if a corresponding adjustment is only occasionally carried out and a cost-effective alternative is desired.
  • the diaphragm is associated with a servo motor, it is preferred that at least one flow meter is associated with the rotary heat exchanger, which is coupled via an electronic system to the servomotor, so that the diaphragm can be adjusted as a function of flow conditions by the storage mass.
  • FIG. 1 shows an oblique view of a first embodiment of the rotary heat exchanger 1 according to the invention with a arranged in a housing 4 storage mass 2.
  • the storage mass is circular cylindrical and comprises a plurality of flow channels 3 (see FIG. 2B ) and a first and a second cylinder end face 10, 20.
  • the storage mass 2 and the material thereof are usually matched to the intended use of the rotary heat exchanger 1. If the recovery of moisture is desired, the flow channels 3 are usually equipped with a corresponding material.
  • the housing 4 covers the lateral surface of the storage mass 2 such that a leakage in the housing 4 itself is largely avoided. For this purpose, a seal (not shown) is provided between the housing 4 and the storage edge.
  • the housing 4 is formed such that both cylinder end faces 10, 20 of the storage mass 2 each have a Anström- 11, 21 and an outflow surface 12, 22, said subdivision of the end faces is achieved in the embodiment shown by a belonging to the housing center spar 4b ,
  • the fresh air 51 and the supply air 52 are guided in the upper channels.
  • exhaust air 61 is supplied to the rotary heat exchanger and enters the flow channels 3 of the rotary heat exchanger 1 via an inflow surface 21, the exhaust air inflow surface.
  • the exhaust air leaves via an outflow surface 12, the Abluftabström configuration, the storage mass 2 and is continued as exhaust air 62 via a corresponding channel.
  • the rotary heat exchanger further comprises a shutter 30 comprising two sections 30a and 30b, the two sections 30a and 30b 30b are designed as circular sectors and are fixed to the axis of the storage mass to the housing 4, wherein the attachment takes place in the embodiment shown on the central spar 4b.
  • the central spar 4b itself may be guided over the entire cylinder end face, wherein care should be taken in such a guide that the cavity is designed such that a flow is ensured. Alternatively, the central spar 4b may be guided only to the axis.
  • the two sections 30 a and 30 b of the diaphragm are coordinated so that they move against each other or into each other when the size of the aperture (ie, the center angle of the formed by the aperture circle sector) is changed, taking care that the Aperture against the adjacent components is largely dense.
  • the diaphragm 30 further comprises a positioning motor 30d, by means of which the angular range of the cylinder end face 20 covered by the diaphragm, that is to say the opening angle of the circular sector, can be adjusted (by moving the circular sector sections against each other).
  • the servomotor 30d is coupled at least to a flow sensor 70a, 70b, so that the orifice 30 can be adjusted in response to, for example, the flow rate in the exhaust duct.
  • the orifice extends over a portion of the Zu Kunststoffabström nature 22 and the Abluftanström thinking 21, so that upon rotation in the direction R, the flow channels 3 of the storage mass 2 loaded with exhaust air entering the covered by the panel part of Abluftanström decoration.
  • FIG. 1B shows an oblique view of the already in Figure 1A shown embodiment, wherein the aperture 30 is changed in this figure in size, namely with respect to the aperture 30 in Figure 1A reduced.
  • the aperture 30 covers a small portion the Zu Kunststoffabström nature 22 and a small portion of Ab povertyanström thinking 21, whereby the flushing power of the aperture is indeed reduced, however, the energy recovery from the exhaust air increases because less exhaust air is flushed into the exhaust air.
  • FIG. 2B shows a schematic representation of the flow conditions in the heat exchanger associated with the channels and the storage mass 2 of the rotary heat exchanger.
  • the fresh air 51 is supplied via a corresponding channel to the rotary heat exchanger 1 and enters via the inflow surface 11 (Zu Kunststoffanström representation) in the flow channels 3 of the storage mass 2 a. Air introduced into the flow channels traverses these, absorbs the heat of the storage mass and exits from the storage mass when the flow channels are not covered by an orifice at the outflow surface 22 (supply air discharge surface) and continues as supply air 52 via a corresponding channel.
  • the rotary heat exchanger comprises the adjustable orifice 30, which covers part of the Zu Kunststoffabström requirements 22 and the Ab povertyanström requirements 21.
  • the supply air after leaving the storage mass In this section the deflected air enters the flow channels 3 again and pushes or flushes existing in this exhaust air from the flow channels on the.
  • FIG. 2A shows a second embodiment of the rotary heat exchanger according to the invention.
  • the diaphragm 40 is not designed as a circular sector, but in the exemplary embodiment shown, the diaphragm 40 is provided by two mutually displaceable rectangular diaphragm elements 40a, 40b.
  • the diaphragm elements themselves are in the axis of the storage mass 2 on a spar 4b, which belongs to the housing 4 of the rotary heat exchanger 1, attached.
  • the side facing away from the axis of the aperture 40 is mounted in the embodiment shown on a guide 42 and can be adjusted via a motor 40d in size, wherein a size adjustment in the present embodiment means a height adjustment.
  • the operation of the aperture 40 otherwise corresponds to that of the aperture 30th

Landscapes

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Rotationswärmetauscher, und insbesondere einen Rotationswärmetauscher (1) mit einer um eine Achse rotierenden Speichermasse (2) mit einer Vielzahl von Strömungskanälen (3) und einer ersten und einer zweiten Zylinderstirnfläche (10, 20), einem Gehäuse (4), wobei das Gehäuse (4) derart ausgebildet ist, dass es an den Zylinderstirnflächen (10, 20) der Speichermasse (2) einander zugeordnete Anström- (11, 21) und Abströmflächen (12, 22) freigibt, wobei eine Anströmfläche (11, 21) auf einer Zylinderstirnfläche mit einer Abströmfläche (12, 22) auf der anderen Zylinderstirnfläche korrespondiert, und mit einer Blende (30, 40), die gegenüber einer Teilfläche einer Zylinderstirnseite (20, 10) einen Hohlraum (31) definiert, wobei die Teilfläche der Zylinderstirnseite teilweise durch eine Zuluftabströmfläche (22) und teilweise durch eine Abluftanströmfläche (21) gebildet ist, und wobei ein erster Abschnitt der mit dem Hohlraum (31) korrespondierenden Teilfläche der anderen Zylinderstirnfläche (10, 20) Teil einer Zuluftanströmfläche (11) ist und ein zweiter Abschnitt der mit dem Hohlraum (31) korrespondierenden Teilfläche der anderen Zylinderstirnfläche (10, 20) Teil einner Abluftabströmfläche (12) ist, so dass die über den ersten Abschnitt eintretende Frischluft über den Hohlraum umgelenkt wird und in dem zweiten Abschnitt zumindest teilweise austritt und der Fortluft zugeführt wird. Der Rotationswärmetauscher ist dadurch gekennzeichnet, dass die von der Blende (30) abgedeckte Teilfläche der Zylinderstirnfläche (20, 10) durch eine Variation der Größe der Blende (31) einstellbar ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Rotationswärmetauscher, und insbesondere einen Rotationswärmetauscher mit einer um eine Achse rotierenden kreiszylindrischen Speichermasse mit einer Vielzahl von Strömungskanälen und einer ersten und einer zweiten Zylinderstirnfläche, einem die Mantelfläche der Speichermasse abdeckenden Gehäuse, wobei das Gehäuse derart ausgebildet ist, dass es an den Zylinderstirnflächen der Speichermasse aneinander zugeordnete Anström- und Abströmflächen freigibt, wobei eine Anströmfläche auf einer Zylinderstirnfläche mit einer Abströmfläche auf der anderen Zylinderstirnfläche korrespondiert, und mit einer Blende, die gegenüber einer Teilfläche einer Zylinderstirnseite einen Hohlraum definiert, wobei die Teilfläche der Zylinderstirnfläche teilweise durch eine Zuluftabströmfläche und teilweise durch eine Abluftanströmfläche gebildet ist und wobei ein erster Abschnitt der mit dem Hohlraum korrespondierenden Teilfläche der anderen Zylinderstirnfläche Teil der Zuluftanströmfläche ist und ein zweiter Abschnitt der mit dem Hohlraum korrespondierenden Teilfläche der anderen Zylinderstirnfläche Teil der Abluftabströmfläche ist, so dass die über den ersten Abschnitt eintretende Frischluft über den Hohlraum umgelenkt wird und in dem zweiten Abschnitt zumindest teilweise austritt und der Fortluft zugeführt wird.
  • Rotationswärmetauscher werden vorwiegend in raumlufttechnischen Anlagen zum Zweck der Wärmerückgewinnung mittels regenerativer Wärmeübertragung eingesetzt. Eine durchlässige Speichermasse rotiert üblicherweise mit Drehzahl von 1 bis 20 U/min und überträgt Wärme und optional Feuchtigkeit zwischen üblicherweise zwei Luftströmen, gewöhnlich im Druckverlustbereich von 100 bis 300 Pa und Differenzdrücken von bis zu 2000 Pa.
  • Bei üblichen Rotationswärmetauschern wird durch einen Bereich der Speichermasse warme Abluft geblasen, welche Wärme auf die Wände der Strömungskanäle überträgt. Bei Weiterrotation der Speichermasse erreichen die aufgewärmten Kanäle einen Bereich, in welchem die Strömungskanäle mit kalter Außen- bzw. Frischluft beaufschlagt werden, und die aufgewärmten Kanalwände geben die aufgenommene Energie an die durchströmende Außenluft ab und kühlen dabei selber ab.
  • Die Strömungskanäle sind noch mit warmer Abluft gefüllt, wenn diese aufgrund der Rotation der Speichermasse in den Bereich gelangen, in dem kalte Außenluft diese durchströmt. Durch diese Mitrotation entsteht ein unerwünschter Umluftanteil, da noch in den Strömungskanälen befindliche Abluft von einströmender Außenluft aus der Speichermasse hin zu der Zuluftabströmfläche bewegt wird und die Speichermasse zusammen mit Außenluft als Zuluft verlässt. Verunreinigungen aus der Abluft werden so in die Zuluft eingetragen.
  • Zur Vermeidung des Umluftanteils (bei der Zuluft) weisen einige Rotationswärmetauscher eine sogenannte "Spülzone" auf, welche an der Trennstelle zwischen der Zuluftabströmfläche und der Abluftanströmfläche angeordnet ist und bei welcher Außenluft in mit Abluft gefüllte Strömungskanäle umgelenkt und aus diesen der Fortluft zugeführt wird, so dass die Strömungskanäle bei Eintritt in den Bereich der Frischluftanströmfläche weitgehend von Abluft gereinigt sind.
  • Unerwünschter Nebeneffekt der Spülzone ist, dass der durch die Spülzone bedingte Spülluftstrom die zur Übertragung auf die Frisch- bzw. Zuluft gedachte Wärmeenergie der Abluft zum Teil ungenutzt in die Fortluft entweichen lässt und so die Energieeffizienz des Rotationswärmetauschers gemindert ist.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Rotationswärmetauscher mit einer verbesserten Energieeffizienz bereitzustellen.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Rotationswärmetauscher mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Der erfindungsgemäße Rotationswärmetauscher weist eine um eine Achse rotierende kreiszylindrische Speichermasse mit einer Vielzahl von Strömungskanälen und einer ersten und einer zweiten Zylinderstirnfläche auf. Der Rotationswärmetauscher umfasst ein Gehäuse, welches die Mantelfläche der Speichermasse abdeckt und eine Leckage, üblicherweise unter Verwendung einer Dichtung, hin zum Gehäuse verhindert. Das Gehäuse ist derart ausgebildet, dass es an den Zylinderstirnflächen der Speichermasse einander zugeordnete Anström- und Abströmflächen freigibt, wobei eine Anströmfläche auf einer Zylinderstirnfläche mit einer Abströmfläche auf der anderen Zylinderstirnfläche korrespondiert. An diese Anström- und Abströmflächen schließen sich verschiedene Kanäle (für Frischluft, Zuluft, Abluft und Fortluft) an, die selber aber nicht Teil des Rotationswärmetauschers sind.
  • Der erfindungsgemäße Rotationswärmetauscher umfasst ferner eine Blende, die gegenüber einer Teilfläche einer Zylinderstirnfläche einen Hohlraum definiert, wobei dieser Hohlraum üblicherweise als Spülzone bezeichnet wird. Die überdeckte Teilfläche der Zylinderstirnfläche ist teilweise durch eine Zuluftabströmfläche und teilweise durch eine Abluftanströmfläche gebildet, wobei ein erster Abschnitt der mit dem Hohlraum korrespondierenden Teilfläche der anderen Zylinderstirnfläche Teil der Zuluftanströmfläche und ein zweiter Abschnitt der mit dem Hohlraum korrespondierenden Teilfläche der anderen Zylinderstirnfläche Teil der Abluftabströmfläche ist, so dass die über den ersten Abschnitt eintretende Frischluft über den Hohlraum umgelenkt wird und in dem zweiten Abschnitt zumindest teilweise austritt und der Fortluft zugeführt wird und dabei die entsprechenden Strömungskanäle weitgehend von Abluft reinigt. Die Anordnung der Blende auf der Zylinderstirnfläche bedingt die Rotationsrichtung der Speichermasse, d.h. diese rotiert bei Draufsicht auf die Blende nach rechts (und von der Frischluftseite betrachtet nach links).
  • Bei dem erfindungsgemäßen Rotationswärmetauscher ist die Blende derart ausgeführt, dass die von der Blende abgedeckte Teilfläche der Zylinderstirnfläche durch eine Variation der Größe bzw. der Dimensionierung der Blende einstellbar ist. Dazu ist die Blende üblicherweise mehrteilig ausgebildet, beim entsprechend geringen Drücken kann aber auch ein zumindest teilweise elastisches Blendenmaterial verwendet werden.
  • Je besser die Blende (und damit die Spülzone) in ihrer Dimensionierung an die gerade wirkenden Luftströmungen bzw. die Drehzahl und Tiefe der Speichermasse angepasst ist, desto besser ist das Verhältnis der Spülwirkung zum Energieverlust, d.h. desto besser ist die Energieeffizienz. Das Ausmaß der Luftmenge, welche über die Spülzone in die Fortluft gelangt, hängt unter anderem von der aktuell zu- und abgeführten Gesamtluftmenge, der Rotationsgeschwindigkeit der Speichermasse und von der Größe der Spülzone selbst ab. Die Spülzone ist daher je nach Anlagenauslegung unterschiedlich zu bauen.
  • Durch die Variation der Größe der Blende ist eine einfache Anpassung des Rotationswärmetauschers an die jeweiligen Anforderungen möglich, und die Effizienz des Rotationswärmetauschers wird damit erheblich gesteigert. Indem die Größe bzw. die Dimensionierung der Blende an den jeweiligen Verwendungszweck angepasst wird, wird der Spülluftstrom stets möglichst gering gehalten und nur die unbedingt notwendige Abluft wird in die Fortluft gespült, so dass ein größerer Teil der Abluft zur Wärmeübertragung genutzt werden kann, wodurch die Energieeffizienz des Rotationswärmetauschers gesteigert ist.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Blende zwei Teilstücke in Form eines Kreissektors, die bei der Achse der Speichermasse an dem Gehäuse befestigt sind, und die abgedeckte Teilfläche der Zylinderstirnfläche ist über eine Einstellung des Öffnungswinkels (bzw. Mittelpunktswinkel) der durch die Teilstücke gebildeten Blende einstellbar. Eine derartige Ausgestaltung der Blende ist aufgrund der Geometrie eines Rotationswärmetauschers besonders bevorzugt, da eine entsprechend ausgebildete Blende hinsichtlich ihrer radialen Abmessung an die relative Rotationsgeschwindigkeit der Speichermasse angepasst ist.
  • Alternativ ist die Blende bei der Achse der Speichermasse an dem Gehäuse befestigt und durch (parallel) gegeneinander verschiebbare Abschnitte gebildet. Eine derart ausgebildete Blende bildet beispielsweise ein in der Höhe bzw. der Breite verstellbares Rechteck.
  • Die Größe bzw. Dimensionierung der Blende kann bereits bei der Montage des Rotationswärmetauschers festgelegt werden, indem entsprechende Blendenbausätze verwendet werden. Es ist jedoch bevorzugt, dass die Größe bzw. Dimensionierung der Blende im laufenden Betrieb des Rotationswärmetauschers einstellbar ist, wobei es besonders bevorzugt ist, dass der Blende ein Stellmotor zugeordnet ist, mit welchem die von der Blende abgedeckte Teilfläche der Zylinderstirnfläche einstellbar ist.
  • Alternativ umfasst die Blende Rastmittel, mit dem die von der Blende abgedeckte Teilfläche der Zylinderstirnfläche einstellbar und fixierbar ist. Um die Blende über die Rastmittel einzustellen ist es jedoch erforderlich, den Betrieb des Rotationswärmetauschers vorübergehend einzustellen. Eine solche Variante kann jedoch dann sinnvoll sein, wenn eine entsprechende Einstellung nur gelegentlich durchzuführen ist und eine kostengünstige Alternative gewünscht ist.
  • Sofern der Blende ein Stellmotor zugeordnet ist, ist es bevorzugt, dass dem Rotationswärmetauscher zumindest ein Strömungsmesser zugeordnet ist, der über eine Elektronik mit dem Stellmotor gekoppelt ist, so dass die Blende in Abhängigkeit von Strömungsverhältnissen durch die Speichermasse einstellbar ist.
  • Im Nachfolgenden wird die Erfindung anhand mehrerer in der Zeichnung dargestellter bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:
    • Figur 1A eine Schrägansicht eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Rotationswärmetauschers mit einer Kreissektor-Blende;
    • Figur 1B eine weitere Schrägansicht des in Figur 1A gezeigten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Rotationswärmetauschers, wobei die Blende bei Figur 1B gegenüber Figur 1A verstellt ist;
    • Figur 2A eine schematische Draufsicht auf ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Rotationswärmetauschers; und
    • Figur 2B eine seitliche Schnittansicht durch einen erfindungsgemäßen Rotationswärmetauschers, wobei diese Schnittansicht die Luftströmungen innerhalb des Rotationswärmetauschers verdeutlicht.
  • Figur 1 zeigt eine Schrägansicht eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Rotationswärmetauschers 1 mit einer in einem Gehäuse 4 angeordneten Speichermasse 2. Die Speichermasse ist kreiszylindrisch ausgeführt und umfasst eine Vielzahl von Strömungskanälen 3 (siehe Figur 2B) und eine erste und eine zweite Zylinderstirnfläche 10, 20. Die Speichermasse 2 und das Material dieser sind üblicherweise auf den Verwendungszweck des Rotationswärmetauschers 1 abgestimmt. Sofern auch die Rückgewinnung von Feuchtigkeit gewünscht ist, sind die Strömungskanäle 3 üblicherweise mit einem entsprechenden Material ausgestattet. Das Gehäuse 4 deckt die Mantelfläche der Speichermasse 2 derart ab, dass eine Leckage in das Gehäuse 4 selbst weitgehend vermieden ist. Dazu ist zwischen dem Gehäuse 4 und dem Speicherrand eine (nicht gezeigte) Dichtung angebracht. Das Gehäuse 4 ist derart ausgebildet, dass beide Zylinderstirnflächen 10, 20 der Speichermasse 2 jeweils eine Anström- 11, 21 und eine Abströmfläche 12, 22 aufweisen, wobei diese Unterteilung der Stirnflächen bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel durch einen zu dem Gehäuse gehörenden Mittelholm 4b erreicht ist.
  • An das Gehäuse 4 schließen sich vier lediglich schematisch dargestellte Luftkanäle an, wobei Außenluft bzw. Frischluft 51 über einen Kanal dem Rotationswärmetauscher 1 zugeführt wird und über eine Anströmfläche 11 (die Zuluftanströmfläche) in die Speichermasse 2 bzw. die Strömungskanäle 3 der Speichermasse 2 eintritt und diese über die Abströmfläche 12 verlässt. Die die Speichermasse 2 verlassende Luft wird über einen Kanal fortgeführt und wird als Zuluft 52 bezeichnet, somit die Abströmfläche 22 als Zuluftabströmfläche.
  • Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Frischluft 51 und die Zuluft 52 in den oberen Kanälen geführt. In den unteren Kanälen wird Abluft 61 dem Rotationswärmetauscher zugeführt und tritt über eine Anströmfläche 21, der Abluftanströmfläche, in die Strömungskanäle 3 des Rotationswärmetauschers 1 ein. Nach Durchtritt durch die Strömungskanäle 3 und Übertragung der Wärmeenergie auf die Kanalwände verlässt die Abluft über eine Abströmfläche 12, die Abluftabströmfläche, die Speichermasse 2 und wird als Fortluft 62 über einen entsprechenden Kanal fortgeführt.
  • Bei dem in Figur 1A gezeigten Ausführungsbeispiel umfasst der Rotationswärmetauscher ferner eine zwei Teilstücke 30a und 30b umfassende Blende 30, wobei die beiden Teilstücke 30a und 30b als Kreissektoren ausgeführt sind und bei der Achse der Speichermasse an dem Gehäuse 4 befestigt sind, wobei die Befestigung bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel an dem Mittelholm 4b stattfindet. Der Mittelholm 4b selber kann über die gesamte Zylinderstirnfläche geführt sein, wobei bei solcher Führung darauf zu achten ist, dass der Hohlraum derart ausgebildet ist, dass eine Durchströmung gewährleistet ist. Alternativ kann der Mittelholm 4b lediglich bis zur Achse geführt sein.
  • Die beiden Teilstücke 30a und 30b der Blende sind so aufeinander abgestimmt, dass sie sich gegen- oder ineinander verschieben, wenn die Größe der Blende (d.h. der Mittelpunktwinkel des durch die Blende gebildeten Kreissektors) verändert wird, wobei dafür Sorge zu tragen ist, dass die Blende gegenüber den angrenzenden Bauteilen weitgehend dicht ist.
  • Die Blende 30 umfasst ferner einen Stellmotor 30d, über welchen der von der Blende abgedeckte Winkelbereich der Zylinderstirnfläche 20, also der Öffnungswinkel des Kreissektors, eingestellt werden kann (indem die Kreissektor-Teilstücke gegeneinander bewegt werden). Der Stellmotor 30d ist zumindest mit einem Strömungssensor 70a, 70b gekoppelt, so dass die Blende 30 in Reaktion auf beispielsweise die Strömungsgeschwindigkeit in dem Abluftkanal eingestellt werden kann. Die Blende erstreckt sich über einen Teilbereich der Zuluftabströmfläche 22 und der Abluftanströmfläche 21, so dass bei einer Rotation in Richtung R die Strömungskanäle 3 der Speichermasse 2 mit Abluft beladen in den von der Blende abgedeckten Teil der Abluftanströmfläche eintreten. Wichtig ist, dass in dem abgedeckten Teil der Abluftanströmfläche keine weitere Beaufschlagung der Strömungskanäle 3 mit Abluft mehr stattfindet, sondern die Frischluft, die in dem Abschnitt der Frischluftanströmfläche 11 in die Strömungskanäle der Speichermasse eintritt, die dem von der Blende abgedeckten Teil der Zuluftabströmfläche entspricht, in diesem Bereich die Abluft aus den Kanälen in die Fortluft spült.
  • Figur 1B zeigt eine Schrägsicht auf das bereits in Figur 1A gezeigte Ausführungsbeispiel, wobei die Blende 30 bei dieser Figur in der Größe verändert ist, nämlich gegenüber der Blende 30 in Figur 1A verkleinert. Die Blende 30 deckt einen geringen Abschnitt der Zuluftabströmfläche 22 sowie einen geringen Teil der Abluftanströmfläche 21 ab, wodurch die Spülleistung der Blende zwar verringert ist, die Energierückgewinnung aus der Abluft jedoch erhöht, da weniger Abluft in die Fortluft gespült wird.
  • Figur 2B zeigt eine schematische Darstellung der Strömungsverhältnisse in den dem Rotationswärmetauscher zugeordneten Kanälen und der Speichermasse 2 des Rotationswärmetauschers. Die Frischluft 51 wird über einen entsprechenden Kanal dem Rotationswärmetauscher 1 zugeführt und tritt über die Anströmfläche 11 (Zuluftanströmfläche) in die Strömungskanäle 3 der Speichermasse 2 ein. In die Strömungskanäle eingetragene Luft durchwandert diese, nimmt die Wärme der Speichermasse auf und tritt bei nicht von einer Blende abgedeckten Strömungskanälen an der Abströmfläche 22 (Zuluftabströmfläche) aus der Speichermasse aus und wird als Zuluft 52 über einen entsprechenden Kanal fortgeführt.
  • Abluft 21, die mit rückzugewinnender Wärmeenergie beladen ist, tritt über die Anströmfläche 21 (die Abluftanströmfläche) in die Strömungskanäle 3 der Speichermasse 2 ein. Nach Durchtritt der Strömungskanäle, bei welchen die Abluft Energie an die Strömungskanalwände abgibt, tritt ein Großteil der Abluft über die Abluftabströmfläche 12 aus dem Rotationswärmetauscher aus und wird als Fortluft 62 über einen entsprechenden Kanal fortgeführt.
  • Aufgrund der Rotation (und der Rotationsrichtung) der Speichermasse 2 wandern einige der mit Abluft beladenen Strömungskanäle 3 in den Bereich des Rotationswärmetauschers, bei welchem Frischluft über die Zuluftanströmfläche 11 in die Speichermasse 2 eintritt. Die mitrotierte Abluft würde bei Nicht-Verwendung einer Spülkammer bzw. Blende 30 mit der Frischluft in die Zuluft getragen, so dass eine Kontaminierung der Zuluft stattfindet, wobei diese Kontaminierung von der Rotationsgeschwindigkeit und der Strömungsgeschwindigkeit in den Kanälen abhängt.
  • Zur Vermeidung der Mitrotation der Abluft umfasst der erfindungsgemäße Rotationswärmetauscher die einstellbare Blende 30, die einen Teil der Zuluftabströmfläche 22 und der Abluftanströmfläche 21 abdeckt. In dem von der Blende abgedeckten Bereich der Zuluftabströmfläche wird die Zuluft nach Austritt aus der Speichermasse durch den Hohlraum 31 der Blende 30 umgelenkt, und zwar in den von der Blende abgedeckten Abschnitt der Abluftanströmfläche 21. In diesem Abschnitt tritt die umgelenkte Luft wieder in die Strömungskanäle 3 ein und drückt bzw. spült die in diesen vorhandene Abluft aus den Strömungskanälen über die Abluftabströmfläche in den angeschlossenen Fortluftkanal. Die Größe der Blende 30 und damit die von dieser abgedeckten Teilfläche der Zuluftabströmfläche sowie der Abluftanströmfläche hängt wesentlich von der Strömungsgeschwindigkeit der verschiedenen Luftströme, der Tiefe der Speichermasse und der Rotationsgeschwindigkeit der Speichermasse ab.
  • Figur 2A zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Rotationswärmetauschers. Bei dem in Figur 2A gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Blende 40 nicht als Kreissektor ausgeführt, sondern bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Blende 40 durch zwei gegeneinander verschiebbare rechteckige Blendenelemente 40a, 40b bereitgestellt. Die Blendenelemente selber sind bei der Achse der Speichermasse 2 an einem Holm 4b, der zu dem Gehäuse 4 des Rotationswärmetauschers 1 gehört, befestigt. Die der Achse abgewandte Seite der Blende 40 ist bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel auf einer Führung 42 gelagert und kann über einen Motor 40d in der Größe verstellt werden, wobei eine Größenverstellung bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Höhenverstellung bedeutet. Die Funktionsweise der Blende 40 entspricht ansonsten der der Blende 30.
  • Die vorstehend beschriebene Erfindung ist nicht auf die beiden beschriebenen und dargestellten Ausführungsbeispielen beschränkt. An den in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen können zahlreiche, für den Fachmann entsprechend der beabsichtigten Anwendung naheliegende Abänderungen vorgenommen werden, ohne dass dadurch der Bereich der Erfindung verlassen wird. Insbesondere ist die Ausgestaltung der einstellbaren Blende nicht auf die beiden in den Ausführungsbeispielen beschriebenen Formen beschränkt.

Claims (6)

  1. Rotationswärmetauscher (1) mit
    einer um eine Achse rotierenden kreiszylindrischen Speichermasse (2) mit einer Vielzahl von Strömungskanälen (3) und einer ersten und einer zweiten Zylinderstirnfläche (10, 20),
    einem die Mantelfläche der Speichermasse (2) abdeckenden Gehäuse (4),
    wobei das Gehäuse (4) derart ausgebildet ist, dass es an den Zylinderstirnflächen (10, 20) der Speichermasse (2) einander zugeordnete Anström- (11, 21) und Abströmflächen (12, 22) freigibt, wobei eine Anströmfläche (11, 21) auf einer Zylinderstirnfläche mit einer Abströmfläche (12, 22) auf der anderen Zylinderstirnfläche korrespondiert,
    und mit einer Blende (30, 40), die gegenüber einer Teilfläche einer Zylinderstirnseite (20, 10) einen Hohlraum (31) definiert,
    wobei die Teilfläche der Zylinderstirnseite teilweise durch eine Zuluftabströmfläche (22) und teilweise durch eine Abluftanströmfläche (21) gebildet ist,
    und wobei ein erster Abschnitt der mit dem Hohlraum (31) korrespondierenden Teilfläche der anderen Zylinderstirnfläche (10, 20) Teil einer Zuluftanströmfläche (11) ist und ein zweiter Abschnitt der mit dem Hohlraum (31) korrespondierenden Teilfläche der anderen Zylinderstirnfläche (10, 20) Teil einner Abluftabströmfläche (12) ist, so dass die über den ersten Abschnitt eintretende Frischluft über den Hohlraum umgelenkt wird und in dem zweiten Abschnitt zumindest teilweise austritt und der Fortluft zugeführt wird,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die von der Blende (30) abgedeckte Teilfläche der Zylinderstirnfläche (20, 10) durch eine Variation der Größe der Blende (31) einstellbar ist.
  2. Rotationswärmetauscher (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Blende (30) zwei Teilstücke in Form eines Kreissektors (30a, 30b) umfasst, die bei der Achse der Speichermasse (2) an dem Gehäuse (4, 4b) befestigt sind und die abgedeckte Teilfläche der Zylinderstirnfläche über eine Einstellung des Öffnungswinkels der die Blende (30) bildenden Teilstücke einstellbar ist.
  3. Rotationswärmetauscher (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Blende (40) bei der Achse der Speichermasse (2) an dem Gehäuse (4) befestigt ist und durch gegeneinander verschiebbare Abschnitte (40a, 40b) gebildet ist.
  4. Rotationswärmetauscher (1) nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Blende (30, 40) ein Stellmotor (30d, 40d) zugeordnet ist, mit welchem die von der Blende (30, 40) abgedeckte Teilfläche der Zylinderstirnfläche einstellbar ist.
  5. Rotationswärmetauscher (1) nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Blende (30, 40) Rastmittel (30c, 40c) umfasst, mit denen die von der Blende abgedeckte Teilfläche der Zylinderstirnfläche einstellbar und fixierbar ist.
  6. Rotationswärmetauscher (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotationswärmetauscher zumindest einen Strömungsmesser (70a, 70b) umfasst, der über eine Elektronik mit dem Stellmotor (30d, 40d) gekoppelt ist, wobei die Blende in Abhängigkeit von der Strömungsverhältnissen durch die Speichermasse eingestellt wird.
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