DE1019067B - Sammelheizungs- oder -kuehlanlage mit Luft als Waerme- oder Kaeltetraeger - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft eine Sammelheizungs- oder -kühlanlage mit Luft als Wärme- oder Kälteträger, wobei Druckluft derart durch in den zu beeinflussenden Räumen angeordnete Wärmetauscher geblasen wird, daß hierdurch strahlenpumpenartig Raumluft an dem Wärmetauscher angesaugt, in diesem mit der sich entspannenden Druckluft gemischt und in den Raum geführt wird.

Bei einer solchen bekannten Anlage wird die aus dem Raum angesaugte Luft durch einen in üblicherweise ausgebildeten Rippenrohr-Wärmetauscher geleitet, bevor sie sich mit der Druckluft vermischt. Diese Wärmetauscher verschmutzen leicht und sind schwer zu reinigen, so daß sich eine schlechte Ausnutzung der Wärmetauschflächen ergibt; ferner beanspruchen sie viel Platz, auch sind sie in der Herstellung teuer.

Bei einer anderen ähnlichen Anlage sind in einem Kasten durch Heißwasser oder Dampf beheizte Heizkörper untergebracht, welche mit Druckluft angeblasen werden, die mehreren nebeneinander angeordneten Reihen schlitzförmiger Düsen entströmt und hierbei strahlpumpenartig Raumluft ansaugt. Druckluft und Raumluft streichen an den genannten Heizkörpern entlang und gelangen hierauf in den zu beheizenden Raum. Diese Geräte erzeugen eine bsechränkte Raumduftumwälzung und haben daher bei platzmäßig tragbaren Größen keine ausreichende Leistung.

Bei einer solchen Anlage wird mit den Wärmetauschern eine im Verhältnis zum aufzuwendenden Gewicht und Volumen der Wärmetauscher unerwartet hohe Heiz- oder Kühlleistung erzielt. Außerdem kann bei dieser Einrichtung der Temperaturunterschied zwischen der durchgeleiteten Luft und dem den Wärmetauscher beaufschlagenden Heiz- oder Kälteträger geringer gehalten werden, als nach bisherigen Erfahrungen zu erwarten gewesen war.

Um diese Nachteile zu vermeiden, besteht bei einer Sammelheizungs- oder -kühlanlage der eingangs angeführten Gattung der Wärmetauscher aus mehreren etwa senkrechten, nebeneinanderliegenden, seitlich wenigstens annähernd geschlossenen, oben und unten Luftein- und -austrittsöffnungen aufweisenden Kanälen, deren Durchmesser 60 mm nicht übersteigt und deren Länge mindestens das Fünffache dieses Durchmessers beträgt. Ferner ist für jeden dieser Kanäle mindestens eine Druckluftdüse angeordnet, und die Summe der Düsenquerschnitte eines Wärmetauschers beträgt weniger als ein Fünftel der Summe der Kanalquerschnitte.

Die Ouerschnittsform der Luftkanäle des Wärmetauschers kann beliebig gewählt werden. Es können kreisförmige, quadratische, ovale oder ähnliche For-Sammelheizungs- oder -kühlanlage
mit Luft als Wärme- oder Kälteträger

Anmelder:
Luwa A.-G., Zürich (Schweiz)

Vertreter: Dr.-Ing. E. Hoffmann, Patentanwalt,
München 22, Widenmayerstr. 3Ί

Beanspruchte Priorität:
Schweiz vom 23. Februar 1953

men verwendet werden. Durch das richtige Abstimmen dieser Verhältnisse ergibt sich, daß die Vermischung von Druck- und Raumluft sich im wesentlichen innerhalb der einzelnen Kanäle vollzieht. Die dabei auftretende, besonders starke Wirbelbildung bewirkt einen weit höheren Wärmetausch zwischen Kanalwänden und der durchstreichenden Luft, als er bei normalem Durchströmen von Luft zu erwarten wäre. Ferner kann die Gesamtmenge der umzuwälzenden Luft trotz großen Anteilen beigemischter Raumluft auf ein tragbares Maß eingeschränkt und so eingestellt werden, daß die gegebenen Wärmemengen ohne Zugserscheinungen zu- oder abgeführt werden können. Dem zu beeinflussenden Raum kann hierbei gleichzeitig eine den Bedürfnissen entsprechende Menge Frischluft zugeführt werden.

In den meisten Fällen wird man mit Vorteil für jeden Kanal eine einzige Druckluftaustrittsöffnung vorsehen, wobei diese vorteilhaft im Schwerpunkt der Ouerschnittsfläche des zugehörigen Luftkanals auge-

4-5 ordnet ist. Um eine einwandfreie Umwälzung der Druckluft und der Raumluft zu erreichen, ist es vorteilhaft, wenn die Druckluftaustrittöffnung etwa auf der Höhe der Kanaleintrittöffnung angeordnet ist. Liegt die Druckluftaustrittöffnung weit außerhalb des Kanaleintrittes, so ist ein Mitreißen der Raumluft und eine einwandfreie Steuerung des Luftgemisches im Kanal beeinträchtigt. Ferner ist es zweckmäßig, die Kanäle glatt und ohne Querrippen auszubilden, um die Reinigung zu erleichtern und dem Durchfluß

70S 753/30

einer möglichst großen Luftmenge keine Widerstände in den Weg zu legen. Um die Geräuschbildung in bestimmten Grenzen zu halten, wird die Druckluft vorteilhaft mit einem kleineren Überdruck als 200 mm WS zugeführt. Eine Dämpfung der Geräusche wird durch die besondere Ausbildung der Kanäle des Wärmetauschers erreicht.

In den Zeichnungen sind einige Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes dargestellt. Es zeigt Fig. 1 ein Schema einer Sammelheizungs- oder -kühlanlage mit Druckluft und Wasser aU Wärmeoder Kälteträger,

Fig. 2 eine Ansicht einer Fensterbrüstung mit Wärmetauscher, teilweise im Schnitt,

Fig. 3 einen senkrechten Querschnitt durch eine Fensterbrüstung mit Wärmetauscher.

Fig. 4 einen Wärmetauscher in Ansicht nach einer ersten Bauart,

Fig. 5 eine Draufsicht auf die erste Bauart. Fig. 6 einen waagerechten Schnitt durch ein LuiV kanalpaar des Wärmetauschers nach Fig. 4 in vergrößerter Darstellung,

Fig. 7 eine zweite Bauart eines Wärmetauschers in Ansicht,

Fig. 8 eine Draufsicht auf die zweite Bauart, Fig. 9 einen waagerechten Schnitt durch ein Luftkanalpaar des Wärmetauschers nach Fig. 7 in vergrößerter Darstellung.

Fig. 10 einen senkrechten Schnitt nach der Linie VII-VII in Fig. 8,

Fig. 11 einen senkrechten Schnitt nach der Linie VIII-VIII in Fig. 5.

Fig. 12 einen waagerechten Schnitt durch eine weitere Bauart eines Wärmetauschers,

Fig. 13 einen teilweisen senkrechten Querschnitt durch einen Luftkanal eines Wärmetauschers einer weiteren Bauart,

Fig. 14 einen senkrechten Querschnitt durch einen Wärmetauscher mit darin angeordnetem Elektrofilter, Fig. 15 einen waagerechten Schnitt durch einen Wärmetauscher anderer Bauart.

Durch den Erfindungsgedanken, langgestreckte Kanäle zu bilden, in diese Kanäle Druckluft, die entsprechend vorbereitet ist und unter Umständen nur aus Frischluft besteht, einzuführen und durch diese geringe zugeführte Luftmenge die Umwälzung großer Luftmengen des zu beeinflussenden Raumes zu erzeugen, ergibt sich auch die betriebswirtschaftlich günstige Form der Wärmebeeinflussung eines Raumes. Durch die Schaffung langgestreckter Kanäle mit verhältnismäßig geringer Ouerschnittsfläche wird zwischen der eingeblasenen Druck- und der Raumluft eine Wirbelströmung erzeugt, so daß zwischen dem Luftgemisch und den Kanalwänden ein äußerst günstiger Wärmeübergang erzeugt wird, der weit über das hinausgeht, was bei wirbelfreier oder wirbelarmer Strömung unter gleichen Verhältnissen der Fall wäre. Durch diesen Umstand erklären sich dadurch zahlreiche Versuche bewiesenen äußerst günstigen Leistungen, die die erfindungsgemäßei; Wärmetauscher bringen. Die Versuche haben im übrigen gezeigt, daß sowohl zur Heizung als auch zur Kühlung von großen Räumen nur geringe Mengen von Druckluft benötigt werden, wobei in der Abstimmung de-; Verhältnisses Druckluft zur Raumluft eine weitere Möglichkeit zur Temperaturbeeinflussung des Raumes liegt. Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Sammelheizungs- oder -kühlanlage mit Druckluft und Wasser als Wärme- oder Kälteträger. Die durch das Gitter 1 aus dem Freien einströmende Luft wird in einem Feinfilter 2 gereinigt, vom Ventilator 3 angesaugt und in das Aufbereitungsaggregat 4 gedrückt. Hier wird die Luft vorgewärmt oder vorgekühlt, befeuchtet oder entfeuchtet und durch klein bemessene Luftleitungen 8 den einzelnen Wärmetauschern 19 zugeführt. Diese Druckluft vermischt sich dort mit der Raumluft und tritt in den Raum aus, wobei vor den Fenstern ein nach oben gerichteter Luftschleier gebildet wird. Die Erwärmung oder Abkühlung des ίο Druckluft-Raumluft-Gemisches geschieht durch eine Wasserumlaufanlage. Das aus der Rücklaufleitung 9 der Zentrale zufließende Wasser wird durch die Umwälzpumpe 5 gefördert. In den Rohren 6 wird das Wasser der Jahreszeit entsprechend erwärmt, oder gekühlt, gelangt zunächst in die \^erteileranlage 7 und dann durch das Rohrnetz 10 nach den Wärmetauschern 19.

In Fig. 2 sind eine Fensterbrüstung und ein Pfeiler teilweise im Schnitt dargestellt, so daß die Anordnung des Wärmetauschers 19 und die Leitungsführung sowohl für die Druckluft als auch für das Wasser erkennbar sind.

Fig. 3 stellt einen senkrechten Schnitt durch die Fensterbrüstung mit dem Wärmetauscher dar. Die Druckluft wird durch den Verteilkanal 14 zugeführt und strömt durch die Düsen 13 aus. Die Düsen sind derart angeordnet, daß sie in die Kanäle 11 und 12 des Wärmetauschers 19 münden. Beim Ausströmen der Druckluft aus den Düsen 13 wird Luft aus dem Räume, welche zu beeinflussen ist, mitgerissen, so daß Druck- und Raumluft gemischt entlaug den temperaturbeeinflußten Wänden der Kanäle 11 und 12 streicht und am oberen Austrittende in den Raum zurückgelangt.

Bei dem Beispiel nach Fig. 4. 5 und 6 sind auf einer Rohrschlange 16a. durch die das Heiz- oder Kühlwasser oder auch ein anderes Heiz- oder Kühlmittel fließt, aus Profilkörpern 17 gebildete Kanäle 18 vorgesehen. Die aus Fig. 6 ersichtlichen Kanäle sitzen -■-o mit einer Bohrung 20 auf dem Rohr 16 und bilden mit ihren Ansätzen 21 und 22 die Kanäle 18. Die Temperaturbeeinflussung der Kanäle erfolgt im wesentlichen durch unmittelbaren Wärmeübergang vom Rohr 16. Der Vorteil dieser Bauart besteht darin, daß die Wärmetauscher in einfädler Weise aus vorgeformten Profilkörpern. die auf die Rohre 16 aufgesteckt werden, aufgebaut werden. Auch in diesem Beispiel ist jedem Kanal eine Düse 13 zugeordnet, die im Schwerpunkt der Ouerschnittsfläche des Kanals 18 liegt. Die Düsen sind auf einem Verteilkanal 14 aufgesetzt, der an die Druckluftleitung 15 angeschlossen ist.

Gemäß den Fig. 7 bis 9 sind zwei Rippenkörper 23 und 24 miteinander verbunden. Diese beiden Rippenkörper bilden senkrechte Ausbuchtungen 25. in denen das Heiz- oder Kühlwasser fließt. Die Ausbuchtungen 25 werden durch eine im oberen Teil des AVärinetauschers vorgesehene Erweiterung 26 (Fig. 10) des durch die Rippenkörper eingeschlossenen Hohlraumes. welche mit der Zuflußleitung 16 in Verbindung steht, gespeist. Durch ihre Formgebung bilden die Rippenkörper 23 und 24, zusammen mit ihre Außenkanten verbindenden Blechen 29, Kanäle 30. Diese Kanäle sind seitlich allseitig geschlossen, dagegen an den Enden offen. Der »hydraulische« Durchmesser jedes

dieser Kanäle, der sich nach der Formel ---—;— —

Umfang

errechnet, ist kleiner als 60 mm. Jedem Kanal ist eine Düse 13 zugeordnet, die etwa im Schwerpunkt der 7c Kanalquerschnittsfläche angeordnet ist.

Die Kanäle, wie die Fig. 6 und 8 erkennen lassen, sind durchweg glatt und weisen keinerlei Vorsprünge oder Verengungen auf, die in irgendeiner Weise der Strömung der Druck- und Raumluft Widerstand bieten könnten. Damit ist eine Verschmutzung der Luftkanäle weitgehend ausgeschaltet. Im übrigen sind die Kanäle mit glatten Innenwänden leicht zu reinigen.

In Fig. 10 ist der obere Verteilerkanal 26 in dem Schnitt nach Linie VII-VII in Fig. 8 erkennbar. Die Kanäle weisen vorzugsweise mindestens teilweise parallele, glatte Innenwände auf. Allfällige Ein- oder Ausbuchtungen sowie sonstige Formabweichungen sind strömungstechnisch so ausgebildet, daß der schädliche Einfluß auf die Luftströmung nicht wesentlieh in Erscheinung tritt. Der Zweck dieser Ausbildung ist, der durchströmenden Druck- und Raumluft keinen wesentlichen Widerstand entgegenzusetzen.

Zwischen den Bauarten nach den Fig. 7 bis 10 oder 4 bis 6 und 11 bestehen einige grundsätzliche Unterschiede. So wird das Mittel zur Beeinflussung der Wandtemperatur der Kanäle beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 7 bis 10 in laminarer Strömung langsam von der Zuführung bis zum Ausgang fließen. Die Durchflußkanäle sind verhältnismäßig groß bemessen, so daß eine ausreichende Menge des Wärme- oder Kälteträgers zur Verfugung steht.

Gänzlich anders liegen die Verhältnisse beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 bis 6 oder 11, wo der Wärme- oder Kälteträger nur in einem Rohr geführt wird, so daß hier eine turbulente rasche Strömung entsteht.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 7 bis 10 ist die Fläche, auf welcher der Wärme- oder Kälteträger die Kanalwand beeinflußt, erheblich größer als beim Beispiel nach Fig. 4 bis 6 und 11, wo auf kleiner Fläche eine Temperaturbeeinflussung der Kanalwand erfolgt. Diese Verhältnisse sind zulässig, weil einmal bei der laminaren Strömung der Wärmeübergang bedeutend geringer ist als bei der turbu-1 en ten, so daß in beiden Fällen die tatsächliche Wärmebeeinflussung des Kanals ungefähr dieselbe ist. Die Wahl, ob die eine oder andere Bauart des Wärmetauschers zur Anwendung kommen soll, wird im wesentlichen davon beeinflußt, ob der Wärme- oder Kälteträger ein teures Sondermittel oder aber nur Wasser ist, da selbstverständlich im Falle dies Beispiels nach Fig. 4 bis 6 oder 11 die benötigten Füllmengen wesentlich geringer sind, als beim Beispiel nach Fig. 7 bis 10. Im weiteren besteht ein Unterschied zwischen den beiden Bauarten darin, daß der Wärmetauscher nach Fig. 7 bis 10 eine längere Anlaufzeit benötigt als ein Wärmetauscher nach Fig. 4 bis 6 oder 11. Selbstverständlich sind diese beiden Beispiele, die für ganz verschiedene Verhältnisse Anwendung finden können, nur richtungsgebend. Es lassen sich zahlreiche weitere Anwendungsformell finden.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 12 sind auf ein Rohr 16 Körper 28 aufgereiht, die sich gegenseitig berühren und Kanäle 32 bilden. In diesem Falle sind je Kanal 32 je zwei Düsen 13α und 13b vorgesehen, und darüber hinaus sind zur Vergrößerung der wirksamen Wärmetauschfläche der Kanalwand Rippen 33 angeordnet. Diese Rippen laufen in der Längsrichtung und bilden daher keine wesentliche Vergrößerung des Durchgangswiderstandes für das Druckluft-Raumluft-Gemisch.

In Fig. 13 ist ein Wärmetauscher dargestellt, bei dem an der Eintrittsseite der Druckluft eine Einlaufdüse 34 eingesetzt ist, welche vorteilhaft aus schalldämpfendem Werkstoff besteht und den Kanal auf ein kurzes Stück auskleidet. In einem Abstand hiervon und vor der Austrittsöffnung· 35 der Druckluftleitung 36 ist eine zweite Lufteinlaufdüse 37 angeordnet. Hierdurch ergibt sich ein zweistufiges Ansaugen der Raumluft und damit eine starke Luftströmung.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 14 ist angedeutet, wie die durch die Kanäle 38 strömende, zu behandelnde Luft außer der Temperaturbehandlung entstaubt werden kann. A_n den Trägern 39 sind die frei in den Luftkanälen verlaufenden Sprühelektroden 40 eines Elektrofilters aufgehängt. Die Kanalwände 41 dienen als Niederschlagelektrode und sind durch die Leitungen 42 geerdet. Um den Wärmeübergang durch den Staubniederschlag auf den Kanalwänden möglichst wenig zu beeinträchtigen, können nur bestimmte, den Wärme- oder Kältequellen am entferntesten liegende Kanalteile als Niederschlagelektrode dienen. Statt dessen kann auch so vorgegangen werden, daß besondere Niederschlagelektroden in den Luftkanälen aufgehängt werden. Die Druckluft wird durch die Rohrleitung 43 zugeführt, deren Formgebung so gestaltet ist, daß der Eintritt für die anzusaugende Raumluft in die Kanäle erleichtert wird.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 15 ist gezeigt, wie die einzelnen Kanäle nicht vollständig voneinander getrennt ausgebildet werden können. Diese Bauart kann sich aus fabrikatorischen Zwecken aufdrängen, da die die Kanäle bildenden Formkörper besonders einfach, beispielsweise als Gußkörper ausgebildet werden können.

Die Erfindung bringt außer den geschilderten, noch weitere Vorteile. So kann einmal das unvermeidliche Düsengeräusch durch die zahlreichen nebeneinanderliegenden Kanäle geringen Durchmessers gut absorbiert werden. Man kann auch, wie in Fig. 7 gezeigt, die Druckluftdüsen auf verschiedenen Höhen anordnen, womit eine weitere Schalldämpfung erreicht wird. Ferner sind die Abmessungen eines Wärmetauschers bestimmter Leistung geringer als bei bekannten ähnlichen Anlagen gleicher Leistung. Bei unverkleideten Wärmetauschern wird neben der Beeinflussung der durch seine Kanäle geführten Druck- und Raumluft eine unmittelbare Wärmestrahlung in den Raum erzielt.

Die Luftkanäle des Wärmetauschers dienen auch dann für den Durchtritt der Raumluft, wenn die Druckluft ausfällt. Durch Erwärmung der in den Kanälen befindlichen Luft entsteht ein kräftiger Konvektionsstrom ähnlich wie bei den üblichen Heizkörpern, so daß es möglich ist, den Wärmetauscher auch dann als Mittel zur Beheizung von Räumen zu verwenden, wenn aus irgendwelchen Gründen, sei es Betriebsstörung oder Brennstoffmangel, der Betrieb der Druckluftanlage eingestellt werden muß.

Claims (11)

Patentansprüche

1. Sammelheizung^- oder kühlanlage mit Luft als Wärme- oder Kälteträger, wobei Druckluft derart durch in den zu beeinflussenden Räumen angeordnete Wärmetauscher geblasen wird, daß hierdurch strahlpumpenartig Raumluft an den Wärmetauscher angesaugt, in diesem mii der sich entspannenden Druckluft gemischt und in den Raum geführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher aus mehreren etwa senkrechten, nebeneinanderliegenden, seitlich wenigstens annähernd geschlossenen, oben und unten Luftein- und austrittsöffnungen aufweisenden Kanälen be-

steht, deren Durchmesser 60 mm nicht übersteigt und deren Länge mindestens das Fünffache dieses Durchmessers beträgt und daß in jedem dieser Kanäle mindestens eine Druckluftdüse angeordnet ist und die Summe der Düsenquerschnitte eines Wärmetauschers weniger als ein Fünftel der Summe der Kanalquerschnitte beträgt.

2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Kanal (32) zwei Druckluftaustrittsöffnungen (13 o, 13 b) zugeordnet sind (Fig. 12).

3. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (18) aus Blechen (17) bestehen, die über die den Wärme- oder Kälteträger führenden Rohre (16) geschoben sind (Fig. 4 bis 6).

4. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher aus nebeneinander angeordneten Rippenrohren besteht, deren Rippen so geformt sind, daß sie seitlich mindestens annähernd geschlossene, an den Stirnseiten offene Kanäle bilden.

5. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle aus hohhvandigen Lamellen bestehen, in deren Hohlräumen (25) der Wärme- oder Kälteträger fließt (Fig. 9).

6. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckluftaustrittöffnungen auf der Höhe der Kanal eintrittöffnungen angeordnet sind.

7. Anlage nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Druckluftaustrittöffnungen innerhalb des unteren Drittels der Kanäle angeordnet sind.

8. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckluftaustrittöffnungen höchstens um das Maß eines halben Durchmessers des zugehörigen Kanals unterhalb deren Endöffnung angeordnet sind (Fig. 13).

9. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanahvände die Wärmetauscherfläche vergrößernde, glatte Längsrippen (33) aufweisen (Fig. 12).

10. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß hinter der Druckluftaustrittöffnung (35) zwei Lufteinlauf düsen (37. 34) zum Erzeugen eines zweistufigen Ansaugens von Raumluft hintereinander angeordnet sind (Fig. 13).

11. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckluftaustrittöffnungen benachbarter Kanäle auf verschiedenen Höhen angeordnet sind (Fig. 7).

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 603 162. 618 292.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

© 7C9 759/30 10.57