DE4222950A1 - Rotierender Wärmeaustauscher - Google Patents

Description

Durch integrieren stationärer Wärmetauscher in das Laufrad von Querstrom- oder Radialventilatoren (Trommelläufern) ent­ stehen multifunktionale Ventilatoren, die Wärme bzw. Kälte übertragen.

Die Ventilatoren sind gleichzeitig Wärmetauscher bzw. die Wärmetauscher sind gleichzeitig Ventilatoren.

Das Durchströmungsprinzip der Ventilatoren gewährleistet gleichmäßigen Wärmeübergang der jetzt rotierenden Wärme­ tauscher.

Alle Vorteile von Ventilatoren wie z. B. die bei Querstrom­ ventilatoren gleichmäßige Luftverteilung über die gesamte Förderlänge, verlustfreie 90° bzw. 180° Umlenkung usw. können für den Wärmetauscher voll genutzt werden.

In Fig. 1 ist eine erste Konstruktion zur Herstellung eines Querstromventilators mit umlaufendem Wärmetauscher darge­ stellt.

Über das Rohrstück (1) der Ventilatorgehäusewand (2) wird in das Laufrad (3) (rotierender Wärmetauscher) über den Sammler (4) flüssige oder gasförmige Wärme bzw. Kälte eingebracht und in die Hohlschaufeln (5) verteilt.

Die mit Wärme oder Kälte durchströmten Ventilatorschaufeln (5) geben ihre Wärme bzw. Kälte an die sie umgebende Luft bzw. gasförmige Medium ab.

Durch zusätzliche Bestückung mit oberflächenvergrößerten Teilen z. B. Lamellen (6) kann die Wärme- oder Kühlleistung erhöht werden. Über den Sammler (7) und das Rohrstück (8) tritt das abgekühlte bzw. erwärmte Medium aus.

Der Sammler (7) ist gleichzeitig Hohlwelle eines elektrischen Innenläufermotors (9). Die Schaufel (5) bzw. Lamelle (6) kön­ nen auch Elektrowärmetauscher sein.

In Fig. 2 ist eine erste Konstruktion zur Herstellung eines Radialventilators als Trommelläufer mit umlaufendem Wärme­ tauscher dargestellt.

Über den Anschlußstutzen (1) wird in das zentrale Rohr (2) in den Sammler (3) flüssige oder gasförmige Wärme bzw. Kälte eingebracht und in die Hohlschaufeln (4) verteilt. Über den Sammler (5) und den Anschlußstutzen (6) tritt das abgekühlte bzw. erwärmte Medium aus.

In Abwandlung von Figur (1-2) erfolgt in Fig. 3 der Antrieb des Laufrades (rotierender Wärmetauscher) über Flügelrad (1) oder Turbinenrad (2).

Diese Variante zeichnet sich dadurch aus, daß in Abhängigkeit vom Flüssigkeits- oder Gasdruck unterschiedliche Drehzahlen des Wärmetauschventilators erreicht werden.

Über Drosselelemente oder Thermostatventile (3) können die Drehzahlen individuell dem jeweiligen Erfordernissen des Raums oder Arbeitsprozesses angepaßt werden. Zusätzliche Elektroantriebe und Installationen entfallen.

Ziel der Erfindung ist es Platz, Werkstoffmenge, Gewicht, Energie und Kosten einzusparen.

Berechnungsbeispiel

Auslegung nach Betriebspunkt (P1):

- Ventilator und Wärmetauscher sind separate Bauteile
- Volumenstrom, 6000 m³/h @	- geforderte statische Druckerhöhung (verfahrenstechnische Anforderung)	150 Pa
- statischer Druckverlust des Wärmetauschers	100 Pa
- statische Druckerhöhung Gesamtbedarf	250 Pa

Daraus ergeben sich gemäß Ventilatorkennfeld:

Drehzahl, n
= 1.350 UPM
Wirkungsgrad, νt	= 55%
Wellenleistung, Pw	= 1,2 KW
Schalleitstungspegel (über separate Rechnung ermittel), LwA	= 78 dBA

Auslegung nach Betriebspunkt (P2):

- Ventilator und Wärmetauscher sind ein Bauteil - "Wärme­ tauschventilator"

Durch Wegfall des separaten Wärmetauschers kann der System­ widerstand um den Druckverlust des Wärmetauschers ca. 100 Pa gesenkt werden.

Stimmen die Wärmeleistung des ursprünglich statischen Wärme­ tauschers und des rotierenden Wärmetauschers (Laufrad) über­ ein, so senkt sich der Druck auf den verfahrenstechnisch erforderlichen Wert von 150 Pa.

Daraus ergibt sich:

Drehzahl, n
= 1100 UPM
Wirkungsgrad, νt	= 54%
Wellenleistung, Pw	= 0,8 KW
Schalleittungspegel (über separate Rechnung ermittel), LwA	= 73 dBA

Ergebnis

Durch den Wärmetauschventialtor wird eine Leistungsreduzierung um 33% erreicht. Der Schalleistungspegel L_wA reduziert sich um 5 dBA

Claims (8)

1. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß in Fig. 4 der stationäre Wärmetauscher (1) komplett entfällt und seine Funktion auf das Laufrad (2) z. B. auf einen Querstrom­ ventilator (3) oder Radialventilator (Trommelläufer) über­ tragen wird.

2. Der Wegfall des stationären Wärmetauschers als separates Bauteil und seine Integration in das Ventilatorlaufrad er­ spart Platz, Gewicht, Werkstoffmenge und Kosten.

3. Der Energieverbrauch und Geräuschpegel werden erheblich ge­ senkt, da durch den Wegfall des stationären Wärmetauschers der Systemwiderstand verringert wird.
- Siehe Berechnungsbeispiel Blatt 2- 3.

4. Der Energieverbrauch und Geräuschpegel werden durch den Ein­ satz einer aerodynamisch gestalteten Hohlschaufel Fig. 5 und deren abrißfreien Anordnung im Laufrad Fig. 6 (Winkel β₂) weiter gesenkt.

5. Die übertragbare Wärmemenge wird bei der aerodynamisch ge­ stalteten Ventilatorschaufel durch die nach Fig. 7 anlie­ genden Umströmung (1) und die vergrößerte nutzbare Oberfläche Fig. 8 (1) z. B. gegenüber einem bei Wärmetauschern sonst üblichen Rundrohr nach Fig. 9 (1) erhöht.

6. Die gleichmäßige Luftverteilung und damit gleichmäßiger Wärmeübergang auf die gesamte Ansaug- Ausblasfläche des Ventilators besorgt der Ventilatorbetrieb automatisch. Luftverteilungssysteme wie Übergangsstücke zwischen Ventilator und Wärmetauscher entfallen.

7. Das Laufrad kann auch ein elektrischer Wärmetauscher sein.

8. Der Antrieb des Laufrades (rotierender Wärmetauscher) kann auch über Flügelrad bzw. Turbine erfolgen.