DE102008058817B4

DE102008058817B4 - Luft-Luft-Wärmetauscher

Info

Publication number: DE102008058817B4
Application number: DE102008058817A
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Holmak Heatx BV
Priority date: 2008-11-25
Filing date: 2008-11-25
Publication date: 2013-07-04
Anticipated expiration: 2028-11-26
Also published as: DE102008058817A1

Abstract

Luft-Luft-Wärmetauscher für Belüftungsanlagen, mit zwei im Gegenstrom geführten Luftströmen, die in einem zylindrischen Gehäuse (10) angeordnet sind, in dessen Innerem der erste Luftstrom innerhalb des Wärmetauschers in geschlossenen Kanälen verläuft, während der zweite Luftstrom im Zwischenraum zwischen den Kanälen und dem zylindrischen Gehäuse (10) angeordnet ist, und einem die entgegengesetzten Luftströme fördernden Ventilator (12), der an einem Ende des zylindrischen Gehäuses (10) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilator (12) einen Innenring (16) und einen entgegengesetzt fördernden und konzentrisch um den Innenring (16) angeordneten Außenring (14) umfasst, und dass die Kanäle untereinander vom Innenring (16) ausgehend zunächst konisch auseinanderlaufen, dann parallel zueinander verlaufen und schließlich wieder konisch zusammenlaufen, und dass die Räume des Außenrings (14) und des Innenrings (16) voneinander durch eine kurze zylindrische Wand (22) getrennt sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen Luft-Luft-Wärmetauscher für Belüftungsanlagen, mit zwei im Gegenstrom geführten Luftbahnen und einem die entgegengesetzten Luftströme fördernden Ventilator.
Da heute beheizte Gebäude zumeist gut isoliert sind und Türen und Fenster relativ dicht schließen, muss ständig feuchte und schadstoffhaltige, verbrauchte Luft abgeführt werden und durch Frischluft ersetzt werden. Bei der Abluft handelt es sich im allgemeinen um aufgeheizte Luft, deren wertvoller Energieinhalt in der Regel ungenutzt verlorengeht. Es ist zwar möglich, den genannten Energieinhalt mithilfe von Wärmetauschern zurückzugewinnen. Dies geschieht beispielsweise mithilfe sogenannter Kreuzstrom- Wärmetauschern oder mithilfe von Wärmetauschern, die nach dem Rotationsprinzip arbeiten. Beide Wärmetauschersysteme erfordern eine komplizierte, aufwendige Luftführung mit zwei Ventilatoren und sind in der Regel nur realisierbar, wenn sie von Anfang an in die Bauplanung eines Gebäudes einbezogen werden.
Die DE 10 2006 051 903 A1 zeigt und beschreibt einen Luftwärmetauscher der eingangs genannten Art, der ein zylindrisches Gehäuse mit getrennten Luftbahnen aufweist. Am Ende des Gehäuses sind zwei getrennte Ventilatoren vorgesehen, die jeweils einen Luftstrom in jeweils eine der beiden Richtungen fördern.
Die DE 10 2006 035 531 A1 stellt offenbar eine Fortentwicklung der zuvor genannten Druckschrift dar und weist ebenfalls zwei in entgegengesetzte Richtungen fördernde Ventilatoren auf. Die DE 10 2005 045 734 A1 arbeitet nach dem gleichen Prinzip und weist daher ebenfalls zwei entgegengesetzt fördernde Ventilatoren an den beiden Enden eines zylindrischen Gehäuses auf. Dies gilt auch für die DE 10 2005 035 712 A1 . Schließlich zeigt auch die DE 10 2004 046 587 A1 ein zylindrisches Gehäuse mit durch Trennwände unterteilten Kanälen, die von Luft im Gegenstrom durchlaufen werden.
DE 27 20 569 A1 offenbart einen Luft-Luft-Wärmetauscher mit einem zylindrischen Gehäuse, das in seinem Inneren durch Zwischenwände in Sektoren aufgeteilt ist.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Wärmetauscher zu schaffen, der mit wenig Aufwand herstellbar und überall, auch zum Nachrüsten einsetzbar ist und einen guten Wirkungsgrad aufweist.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist der erfindungsgemäße Wärmetauscher dadurch gekennzeichnet, dass die Luftbahnen in einem geschlossenen, zylindrischen Gehäuse angeordnet sind, in dem die Luftbahnen in einem Innenrohr und einem dieses konzentrisch umgebenden Außenrohr zusammengefasst sind, und dass der Ventilator einen Innenring und einen entgegengesetzt fördernden Aussenring aufweist, die jeweils dem Innenrohr und dem Zwischenraum zwischen diesem und dem Aussenrohr zugeordnet sind.
Erfindungsgemäß ist somit für zwei entgegengesetzte Luftströme nur ein Ventilator vorgesehen, der den Aufbau der Anlage insgesamt vereinfacht. Es ist nur ein Antriebsmotor und nur ein Ventilatorgehäuse notwendig. Der Ventilator ist unmittelbar in das Gehäuse des Wärmetauschers integriert. Es ergibt sich eine kompakte und relativ einfache Anlage.
Entsprechend einer ersten Ausführungsform verläuft eine der Strömungsbahnen in Rohren innerhalb eines zylindrischen Wärmetauscherbehälters, während die zweite Strömungsbahn unmittelbar durch diesen Wärmetauscherbehälter verläuft und die Luft sich zwischen den Innenwänden des Gehäuses und den Außenwänden der Rohre befindet. Die Rohre können mehr oder weniger handelsübliche Rohre sein. Die Oberfläche kann innen und außen zur Verbesserung des Wärmeübergangs aufgerauht, mit Noppen versehen sein, usw..
Entsprechend einer zweiten Ausführungsform wird das Innere des Wärmetauschers im Querschnitt durch radial verlaufende Trennwände unterteilt, so dass sich im Querschnitt die Form einer Torte mit entsprechenden Tortenstücken ergibt. Jedes zweite dieser Tortenstücke ist zum äußeren Rand hin durch eine Trennwand abgeschlossen und bildet somit einen geschlossenen Kanal für einen der beiden Luftströme, während jedes zweite andere Tortenstück lediglich eine nach außen offene Tasche zwischen den Kanälen bildet, in die von außen Luft eintreten kann, die sich zwischen dieser Tortenstück-Konstruktion und der Innenwand des Gehäuses befindet.
Der durch den Innenring des Ventilators geförderte Luftstrom entspricht dem Luftstrom, der durch die geschlossenen Kanäle gefördert wird. Diese Kanäle werden nach dem Eintritt in den Wärmetauscher kegelförmig auseinandergeführt, so dass ein konischer Endbereich der Rohrführung gebildet wird, bis die Kanäle in einen Mittelbereich des Wärmetauschers übergehen, in dem sie parallel zueinander laufen und größeren Abstand zueinander aufweisen als in den beiden konischen Endbereichen. Die konischen Endbereiche der Kanalführung dienen dazu, die Kanäle in Verbindung mit dem Innenring des Ventilators zu bringen. In den konischen Endbereichen tritt die durch den Außenring des Ventilators geförderte Luft mit den Kanälen in Wärmeaustausch.
Bei der ersten Ausführungsform wird der erste Luftstrom innerhalb von Rohren geführt, die von dem entgegengesetzten zweiten Luftstrom umspült werden. Alternativ kann gemäß einer zweiten Ausführungsform innerhalb des Zylinders mit Trennwänden ein Kanalsystem gebaut werden. Dabei können tortenstückförmige, nach außen geschlossene Kanäle den ersten Luftstrom bilden, während der entgegengesetzte Luftstrom in Zwischenräume zwischen den Tortenstücken eintreten kann, die von außen zugänglich sind.
Bei der ersten Ausführungsform werden die Rohre in den konischen Endbereichen konisch auseinandergeführt bzw. zusammengeführt. In diesem konischen Bereich wird die Luft des Gegenstroms mit der Oberfläche der Kanäle in Berührung gebracht, so dass es zu einem Wärmeaustausch kommt. Der Gegenstrom befindet sich in den Zwischenräumen zwischen den Kanälen. Diese Zwischenräume sind zu dem Innenring des Ventilators hin durch Trennwände verschlossen.
Diese Trennwände sind im übrigen bei beiden Ausführungsformen vorgesehen. Nur die in Kanälen geführte Luft hat Zugang zu dem Innenring des Ventilators und kann durch diesen gefördert werden.
Sofern es sich bei den Kanälen um Rohre handelt, können diese im konischen Endbereich jeweils im einzelnen konisch sein oder auch durch engere Zusammenstellung eine insgesamt konische Anordnung bilden. Bei der zweiten Ausführungsform werden die Dimensionen der tortenstückförmigen Kammern im konischen Endbereich kontinuierlich zurückgenommen.
Der erfindungsgemäße Wärmetauscher kann aus Blech oder auch aus Kunststoff hergestellt sein.
Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.
1 ist eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform der Erfindung; und
2 zeigt eine entsprechende schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
In 1 ist eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wärmetauschers in einer stark schematisierten Darstellung gezeigt. Der Wärmetauscher befindet sich insgesamt in einem zylindrischen Gehäuse 10. Diese Bezeichnung bedeutet nicht, dass es sich um Kreiszylinder handeln muss. Die Querschnittsform ist unerheblich. Das zylindrische Gehäuse weist am links in 1 gezeigten Ende einen Ventilator 12 auf.
Der Ventilator 12 umfaßt einen Außenring 14 und einen Innenring 16. Die Flügel 18 des Außenringes sind so angestellt, dass sie nach rechts in 1 fördern, wie die Pfeile andeuten. Dagegen fördern die Flügel 20 des Innenrings nach links in 1.
Die Räume des Aussenrings 14 und des Innenrings 16 sind voneinander durch eine kurze zylindrische Wand 22 getrennt. Nach unten und oben sind die Räume im wesentlichen offen. Der Innenring 16 umgibt einen Motor 24, der zum Antreiben des Ventilators dient. Die Räume des Außenrings 14 gehen nach außen über in einen ringförmigen Einlass- oder Auslassstutzen 26. Dieser Einlassstutzen dient beispielsweise zur Aufnahme von Frischluft oder auch zur Abgabe von verbrauchter, erwärmter Innenluft. Welcher dieser Luftströme hier aufgenommen wird, soll zunächst offengelassen werden.
Der entgegengesetzte Luftstrom tritt über den Bereich des Innenrings 16 nach oben aus.
Im Inneren des zylindrischen Gehäuses 10 befindet sich eine Struktur, die es gestattet, zwei entgegengesetzt bewegte Luftströme getrennt voneinander zu transportieren. Für einen ersten Luftstrom, der beispielsweise von unten nach oben in der Zeichnung transportiert wird, ist ein System von geschlossenen Kanälen vorgesehen. Diese Kanäle bestehen bei der dargestellten ersten Ausführungsform aus Rohren, die im mittleren Teil des zylindrischen Gehäuses parallel zueinander und in Abstand zueinander dargestellt sind.
In den beiden Endbereichen des zylindrischen Gehäuses 10 laufen die Kanäle zusammen zu dem Ventilatorbereich des Innenrings 16, wie aus der Zeichnung deutlich hervorgeht. Die Rohre 28, 30 werden also nach oben in 1 insgesamt konisch zusammengeführt, behalten jedoch untereinander naturgemäß einen ausreichenden Abstand, so dass sie von Luft umströmt werden können.
Nach unten in 1 ist ein entsprechendes konisch zusammenlaufendes Rohrbündel angeschlossen, das in der Zeichnung nicht gezeigt ist.
Der nach oben in der Zeichnung gehende Strom, der nach oben aus dem Ventilator 12 austritt, würde somit beim Eintritt auf der unteren Seite durch ein konisch auseinandergehendes Rohrbündel geführt, bis die Luftströme die parallelen Rohre des mittleren Teils des Wärmetauschers erreicht haben, und gegen das obere Ende wieder konisch zusammengeführt. Dies ist der Zeichnung zu entnehmen.
Zu der Darstellung der 1 ist zu bemerken, dass diese teilweise als Explosionsdarstellung ausgeführt ist. Richtiger müsste der Ring 32, von dem das auseinanderlaufende Rohrbündel auf der oberen Seite ausgeht, an der Einlassseite des inneren Gebläseringes 16 des Ventilators 12 befestigt sein, während an dem unteren Ring des konischen Rohrbündels auf der erweiterten Seite, der mit 34 bezeichnet ist, der auf der oberen Seite liegende Ring 36 des mittleren Rohrbündels 28 anschließt. Es handelt sich also um durchgehende Kanäle vom oberen zum unteren bzw. vom unteren zum oberen Ende des Wärmetauschers. Diese Kanäle laufen zunächst von beiden Seiten betrachtet konisch auseinander, dann parallel, und dann wieder konisch zusammen. Die einzelnen Kanäle, die durch die Rohre 28, 30 gebildet werden, sind also über die gesamte Strecke innerhalb des Wärmetauschers geschlossen.
Wie in 1 andeutungsweise zu erkennen ist, tritt Luft des Gegenstroms von oben in 1 über den Außenring 14 des Ventilators ein und gelangt im Inneren des Gehäuses 10 zunächst in den Zwischenraum 38 zwischen dem konischen Rohrbündel 30 und der Wand des zylindrischen Gehäuses 10. Von diesem Raum 38 aus tritt die von oben eintretende Luft zwischen die Rohre 30 des Rohrbündels ein und gelangt so mit diesen Rohren in Wärmeaustausch. Von dem konisch zusammenlaufenden Rohrbündel aus strömt die Luft weiter zwischen die Rohre 28 des mittleren Teils des Wärmetauschers und ebenso zwischen die nicht dargestellten Rohre des konischen Bereichs auf der unteren in der Zeichnung liegenden, nicht dargestellten Seite.
Auf diese Weise kommt es zu einem intensiven Wärmeaustausch. Naturgemäß können die Rohre eine geeignete Profilierung ihrer Außenfläche und Innenfläche aufweisen, die den Wärmeübergang verstärkt.
Im folgenden soll eine zweite Ausführungsform der Erfindung erläutert werden. Diese Ausführungsform ist in 2 dargestellt. In 2 ist wiederum der Ventilator 12 gezeigt, der bereits im Zusammenhang mit 1 erläutert wurde und auch die gleiche Funktion aufweist. Überhaupt weist die Ausführungsform der 2 insgesamt die gleiche Funktion auf, wie die Ausführungsform gemäß 1. Eine Strömungsbahn wird daher von durchlaufenden Kanälen gebildet, die gemäß 1 und 2 durch die Rohre 28, 30 gebildet wird.
In 2 handelt es sich um eine Struktur von Zwischenwänden im Inneren des Gehäuses 10, die innerhalb des zylindrischen Gehäuses eine abwechselnde Reihenfolge von tortenstückförmigen Kammern bildet, die in 2 abwechselnd schraffiert und unschraffiert dargestellt worden sind. Die Tortenstücke ohne Schraffur sind hier mit 40 bezeichnet, die der Tortenstücke mit Schraffur mit 42. In der Zeichnung ist zu ersehen, dass die Tortenstücke 40 nach außen durch nicht bezeichnete Wände geschlossen sind und somit geschlossene Kanäle bilden, während die schraffierten Tortenstücke 42 nach außen offen sind. Die Tortenstücke 40 werden daher als geschlossene Führung oder als geschlossener Kanal für einen der entgegengesetzten Luftströme verwendet, während die von außen eintretenden keilförmigen Taschen, die den Grundriss der Tortenstücke 42 entsprechen, von außen zugänglich sind und damit den Gegenstrom zum Wärmeaustausch hereintreten lassen.
Im Bereich der konischen Endstücke, die hier mit 44, 46 bezeichnet sind, treten die Kanäle, die den nicht schraffierten Tortenstücken entsprechen, nach unten und oben ein oder aus, während die schraffiert dargestellten Tortenstücke hier verschlossen sind. Die Luft tritt wiederum über den Raum 48 und die bereits beschriebenen Einlassstutzen 26 (oder Auslassstutzen) ein oder aus.
In 2 ist jetzt im Gegensatz zu 1 auch die untere Seite des zylindrischen Gehäuses 10 genauer gezeigt. Auch hier befindet sich ein Einlassstutzen oder Auslassstutzen, der dem Einlassstutzen 26 auf der unteren Seite entspricht, hier jedoch mit 52 bezeichnet ist. Die jeweilige Funktion – Einlass oder Auslass – ist der Richtung der Pfeile zu entnehmen. In jedem Fall ist diese Strömungsrichtung umkehrbar. Es ist jedoch bevorzugt, die Wärme des Motors 24 für den eintretenden, neu zu erwärmenden Luftstrom zu nutzen.
In jedem Fall ist zu beachten, dass nur die in den Kanälen geführte Luft in den durch den Innenring gebildeten Ventilator eintritt bzw. durch diesen gefördert wird. Daher ist auch bei der zweiten Ausführungsform im Bereich der tortenstückförmigen Taschen, die zwischen die Kanäle eintreten, vor dem Innenring des Ventilators eine Trennwand vorgesehen, so dass nur die Kanäle mit dem Innenring in Verbindung treten können.
Der erfindungsgemäße Wärmetauscher läßt sich mit dem Ventilator zusammen in den Durchbruch einer Außenwand einbauen. In 2 ist diese Aussenwand mit 54 bezeichnet.

Claims

Luft-Luft-Wärmetauscher für Belüftungsanlagen, mit zwei im Gegenstrom geführten Luftströmen, die in einem zylindrischen Gehäuse (10) angeordnet sind, in dessen Innerem der erste Luftstrom innerhalb des Wärmetauschers in geschlossenen Kanälen verläuft, während der zweite Luftstrom im Zwischenraum zwischen den Kanälen und dem zylindrischen Gehäuse (10) angeordnet ist, und einem die entgegengesetzten Luftströme fördernden Ventilator (12), der an einem Ende des zylindrischen Gehäuses (10) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilator (12) einen Innenring (16) und einen entgegengesetzt fördernden und konzentrisch um den Innenring (16) angeordneten Außenring (14) umfasst, und dass die Kanäle untereinander vom Innenring (16) ausgehend zunächst konisch auseinanderlaufen, dann parallel zueinander verlaufen und schließlich wieder konisch zusammenlaufen, und dass die Räume des Außenrings (14) und des Innenrings (16) voneinander durch eine kurze zylindrische Wand (22) getrennt sind.
Luft-Luft-Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Luftstrom innerhalb des zylindrischen Gehäuses (10) in Rohren (28) verläuft, während der zweite Luftstrom den Zwischenraum zwischen den Rohren (28) und dem zylindrischen Gehäuse (10) einnimmt.
Luft-Luft-Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Luftstrom innerhalb des zylindrischen Gehäuses (10) in sektorförmigen Kanälen (40) verläuft, während der zweite Luftstrom in dem Zwischenraum zwischen diesen Kanälen (40) strömt.