DE3030778A1

DE3030778A1 - Waermetauscher mit waermerohren und integrierter bypassklappe

Info

Publication number: DE3030778A1
Application number: DE19803030778
Authority: DE
Inventors: Hans-Ulrich Dr.-Ing. 6310 Grünberg Amberg; Gerhard Ing.(grad.) 6302 Lich Köster
Original assignee: WEISS TECH UMWELT KLIMA; Weiss Technik GmbH
Current assignee: WEISS TECH UMWELT KLIMA; Weiss Technik GmbH
Priority date: 1980-08-14
Filing date: 1980-08-14
Publication date: 1982-02-18

Description

Brief vom Blaa ^ ^J Dipl.-Ing. G. Schliebs

an das Deutsche Patentamt., München Patentanwalt

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher mit Wärmerohren, die in horizontaler, geneigter oder senkrechter Lage in einem Rahmen angeordnet sind, zur Rückgewinnung von Energie aus warmen Fortluftströmen in Lüftungsanlagen.

Wärmerohre (Heat Pipes) sind eine Einrichtlang zum Wärmeenergietransport von einem wärmeabgebenden zu einem wärmeaufnehmenden Massenstrom. Innerhalb eines vakuumdicht verschlossenen Rohres befindet sich eine Flüssigkeit, die durch Verdampfen an der warmen Hälfte und durch Kondensieren an der kalten Hälfte des Rohres ständig Wärme von der einen Seite auf die andere überträgt. Eine geringe Neigung dieser Rohre zum warmen Ende hin unterstützt den Rückfluß dieses Kondensats durch Schwerkraft, so daß die optimale Wirkung erreicht wird.

Beim Einbau von Wärmerohr-Wärmetauschern in Klimaanlagen wird auf der Fortluftseite (warme Seite) dann an den äußeren Oberflächen der Wärmerohre Feuchtigkeit ausgeschieden, wenn der Taupunkt der Fortluft höher ist als die Oberflächentemperatur der Wärmerohre, die bei gewissen Betriebszuständen mit sehr kalter Außenluft (unter -15° C) auch unter O⁰ C liegen kann. Der hierbei entstehende Reif- oder Eisansatz muß periodisch abgetaut werden, da sonst die Luftführung durch das Zuwachsen des Wärmetauschers mit Eis unterbrochen würde.

Nach dem Stand der Technik wird das Abtauen durch eine Luftklappe im Außenluftkanal in Strömungsrichtung vor dem Außenluftteil des Wärmetauschers erreicht in Kombination *) in einem Luftbypaß, der die Außenluft bei abgesperrtem Außenluftteil am Wärmetauscher vorbeiführt. Diese Außenluft

^:) mit einer Luftklappe

Brief vom BI&U k Dipl.-Ing. G. Schliebs

an das Deutsche Patentamt, München Patentanwalt

muß dann, da der Wärmetauscher keine Aufwärmung der Außenluft mehr vornimmt, über einen zusätzlichen Vorerhitzer erwärmt werden.

Die Fortluftseite kann abtauen, da bei abgesperrter Außenluftseite die Oberflächentemperatur über O⁰ C ansteigen wird und der Eisansatz damit abtaut. Diese Anordnung benötigt zusätzlichen Platz für den Bypaß, der über Luftkanäle gesondert angeschlossen werden muß. Durch die zwangsläufig ungünstigen Strömungsverhältnisse ergeben sich zusätzliche Luftwiderstände. Der luftseitige Widerstand des Wärmetauschers auf der Fortluftseite liegt während des ganzen Jahres vor, verbunden mit dem entsprechenden Energiebedarf für den Ventilator. Der erforderliche Vorerhitzer benötigt die teuerste Spitzenlast-Energie, da die Vereisung gerade an den kältesten Tagen auftreten wird.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zu finden, mit der sich diese Nachteile vermeiden lassen und die Energiebilanz über den Jahresdurchschnitt verbessert wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in dem Rahmen des Wärmetauschers auf der Fortluftseite und auf der Außenluftseite des Wärmetauschers de eine Bypaßklappe angeordnet sind, die einzeln einstellbar sind. Die beiden Klappen, die in Offenstellung innerhalb des Wärmetauschers einen Bypaß für die jeweilige Luftströmung freigeben, können einzeln eingestellt werden. Hierzu sind in einer vorteilhaften einfachen Anordnung die beiden Klappen koaxial angeordnet, und die eine Klappe ist durch eine Welle, die andere Klappe ist durch eine auf gleicher Achse sitzende Hohlwelle verstellbar.

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Brief vom Blau Jy £~ Dipl.-Ing. G. Schliebs

an das Deutsche Patentamt, München Patentanwalt

Erfindungsgemäß wird nicht nur das Abtauen an Tagen mit Eisansatz ohne zusätzlichen baulichen Aufwand an der Lüftungsanlage bewirkt, sondern insbesondere auch der Strömungswiderstand der Außenluft- und Fortluftseite des Wärmetauschers an den Tagen des Jahres (ca. 30 % = 3000 Stunden pro Jahr), an denen ein Wärmerückgewinn nicht erforderlich oder wegen des geringen Temperaturunterschiedes zwischen Außenluft und Fortluft nicht wirtschaftlich ist, ganz erheblich gesenkt. ' '
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Im folgenden werden die Erfindung und ihre Vorteile an Beispielen erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1-3 die drei grundsätzlichen Arten der Luftführung in Lüftungsanlagen;

Fig. 4 einen Längsschnitt durch einen Wärmerohr-Wärmetauscher und

Fig. 5 einen Teilquerschnitt durch den Wärmetauscher nach Fig. 4; Fig. 6 in vergr. Maßstab Lagerung und Betätigung der Klappen des Wärmetauschers.

In Fig. 1 sind der den warmen Luftstrom führende Fortluftkanal 1 unten und der den kalten Luftstrom führende Außenluftkanal 3 oben angeordnet; die Wärmerohre im Rahmen 2 des Wärmetauschers 4 stehen senkrecht.

Fig. 2 zeigt waagerecht nebeneinander geführte Kanäle 1, für die Abluft- bzw. Fortluftströme; die Wärmerohre sind im Rahmen 2 horizontal, mit einer geringen Neigung, übereinander angeordnet.

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Brief vom BI=U fyS / Dipl.-Ing. G. Schliebs

das Deutsche Patentamt, München Patentanwalt

Fig. 3 zeigt senkrecht nebeneinander geführte Kanäle 1, 3 für die Luftströme; auch hier liegen die Wärmerohre im wesentlichen horizontal, jedoch nebeneinander.

Fig. 4 und 5 zeigen den Wärmetauscher 4 geöffnet bzw. in einem Längsschnitt, und man erkennt in dem Rahmen 2 die beiden durch eine Mittelwand 5 für die beiden Luftströme AL und FL getrennten Abteile 4.1 und 4.2. Das Bündel der Wärmerohre 6 verläuft durch beide Abteile, nimmt aber nicht den ganzen Querschnitt des Wärmetauschers ein. Vielmehr ist durch eine weitere Trennwand 7 je ein seitlicher Bypaß abgetrennt, in denen je eine (Bypaß-)Klappe 8, 9 angeordnet ist. Die beiden Bypaßklappen 8 und 9 sind also neben den Wärmerohren 6 in den Rahmen 2 des Wärmetauschers 4 integriert, so daß die Einheit in die Lüftungskanäle 1, 3 eingebaut werden kann ohne zusätzlichen Platzbedarf oder Montageaufwand auf der Baustelle.

In Fig. 6 sind zu Fig. 4 im einzelnen die Bypaßklappen 8 und 9 und ihr Antrieb dargestellt. In den (in der Zeichnung) waagerechten Wänden der beiden Bypässe sind in Kugellagern 10, 11 eine Hohlwelle 12 für die obere zweiflügelige Klappe 8 und in dieser eine weitere Welle 14 für die untere Klappe 9 geführt und in einem weiteren Kugellager 13 gelagert. An den aus dem Rahmen 2 herausragenden Wellenstümpfen sitzen Hebel 15 und 16, mit denen die Klappen entsprechend der Betriebsart gestellt werden können.

Das Verfahren zum Betrieb eines solchen Wärmetauschers mit Wärmerohren und integrierten Bypaßklappen ist dadurch gekennzeichnet, daß zum Abtauen eines Eisansatzes auf der Fortluftseite durch Erwärmung der Oberflächentemperatur der Wärmerohre in der Fortluft über 0° C die Außenluftklappe 8 geöffnet wird, während die Fortluftklappe 9 geschlossen

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Brief vom Blaa

an das Deutsche Patentamt, München

Dipl.-tng. G. Schliebs

Patentanwalt

bleibt und zur Verminderung des Druckabfalls und damit Energieverlustes über beiden Teilen des Wärmetauschers in Betriebszeiten mit T_AT ^ (T^₁- - 3 C) beide Klappen 8, 9 geöffnet werden.

^LAL

FL

Für die drei typischen Betriebszustände während des Jahres werden die beiden Klappen wie folgt gesteuert:

1. Winterbetrieb

2. Übergangszeit und Sommerbetrieb

3. Regelung Abtauung

8 und 9 sind geschlossen, die Wärmerohre 6 voll wirksam.

z.B. T._T ^ (T

AL

^LFL

3° C), 8 und 9 sind

geöffnet, die Luftströme fließen über die Bypässe, daher im Wärmetauscher nur geringer Druckabfall, d.h. sehr kleiner zusätzlicher Bedarf an Ventilationsenergie .

8 ist geöffnet, 9 geschlossen, eventueller Reifansatz an der Fortluftseite (bei Betrieb mit Raumluftbefeuchtung) taut ab durch Erwärmung der Wärmerohre 6.- Je nach dem Grad des Eisansatζes und den Temperatur- und Feuchtigkeits.verhältnissen kann die Klappe 8 auch nur teilweise geöffnet sein.

Aus der US-PS 4,064,932 ist eine Anordnung bekannt, bei der der Rahmen mit den Wärmerohren mittels einer in der Mittelebene der beiden Kanäle liegenden Welle drehbar ist, so daß sich zugleich die Übertragungsleistung des Wärmetauschers und seine Durchflutung ändern: mit abnehmender Leistung nach Hull (bei in die Mittelebene gedrehtem Rahmen) nimmt der

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Brief vom Blail Jg" . D Dipl.-Ing. G. Schüebs

^an das Deutsche Patentamt, München Patentanwalt

Bypaß bis zum vollen Kanalquerschnitt zu. Damit soll sich auch ein Eisansatz abtauen lassen, jedoch ist diese Methode höchst unwirksam, da beide Parameter reziprok miteinander verknüpft und nicht einzeln wählbftr sind.

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Claims

Patentansprüche

(Ii

Wärmetauscher mit Wärmerohren, die in horizontaler, geneigter oder senkrechter Lage in einem Rahmen angeordnet sind, zur Rückgewinnung von Energie aus warmen Fortluftströmen in Lüftungsanlagen, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Rahmen (2) auf der Fortluftseite (4.2) und auf der Außenluftseite (4.1) des Wärmetauschers (4) je eine Bypaßklappe (8, 9) angeordnet ist, die einzeln einstellbar sind.
2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Klappen (8, 9) koaxial angeordnet sind und die eine Klappe (9) durch eine Welle (14), die andere Klappe (8) durch eine auf gleicher Achse sitzende Hohlwelle (12) verstellbar ist.

Brief vom BIaI₁ 2 Dipl.-Ing. G. Schliebs

an das Deutsche Patentamt, Hünchen Patentanwalt

3t Verfahren zum Betrieb eines Wärmetauschers mit integrierter Bypaßklappe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zum Abtauen eines Eisansatzes auf der Fortluftseite durch Erwärmung der Oberflächentemperatur der Wärmerohre in der Fortluft über O⁰ C die Außenluftklappe (8) geöffnet wird, während die Fortlufbklappe (9) geschlossen bleibt und zur Verminderung des Druckabfalls und damit Energieverlustes über beiden Teilen des Wärmetauschers in Betriebszeiten init ^TAL " (^TFL " ³° ^C) ^beide kappen (8, 9) geöffnet werden.

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BAD ORIGINAL