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Die Erfindung bezieht sich auf einen
Gegenstrom- bzw. Kreuzstrom-Wärmetauscher
zur Verwendung in einem Raumheizsystem, das dafür eingerichtet ist, Luft mittels
eines Brenners zu erhitzen;
wobei der Wärmetauscher zwei vermittels
einer Anzahl von parallelen Wänden 13 voneinander
physisch getrennte und miteinander thermisch gekoppelte Durchflusskreisläufe umfasst,
wobei
die Kreisläufe
in verwobener Beziehung angeordnet sind und durch die in zueinander
entgegengesetzter bzw. querer Richtung jeweils fließen,
- (1) ein Luftstrom von einem Außenlufteinlass
zu einem Ausstoß in
den Raum zum Heizen,
- (2) ein Gasstrom von einem Einlass, beispielsweise für heiße, vom
Brenner kommende Rauchgase, zu einem Ausstoß für Rauchgase nach außen, oder
Luft, die vom Raum kommt, zu einem Ausstoß dafür nach außen,
wobei die
Wände alle
im wesentlichen kongruent und durch Aufbaumittel in wechselweiser
Verbindung gehalten sind, der Wärmetauscher
eine im wesentlichen prismatische Form aufweist und dessen Hauptrichtung
parallel zu den erzeugenden Leitungen sich quer zur Hauptrichtung
der Wände
erstreckt,
wobei in der prismatischen Form ein kleinerer prismatischer
Teil, der als Umgehungskreislauf mit demselben Querschnitt quer
zur Hauptrichtung dient, frei von Wänden ist und einen von zwei
Wänden
begrenzten Hohlraum umfasst, der einen Teil des ersten Durchflusskreislaufs
bildet und in dem ein Ventil angeordnet ist, das mittels eines mit
dem Ventil gekoppelten Steuermittels zwischen einer geschlossenen Stellung
und einer offenen Stellung verrückbar
ist, wobei das Ventil eine durch einen Antrieb drehbare Welle umfasst
und ein im wesentlichen plattenartiges Element trägt, das
sich im wesentlichen über
die gesamte Querrichtung des kleineren prismatischen Teils erstreckt,
sich in der geschlossenen Stellung des Ventils zwischen den Seitenwänden des
kleineren prismatischen Teils erstreckt und sich in der offenen
Stellung des Ventils in einem Abstand zu zumindest einer dieser
Seitenwände
befindet.
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Solch ein Wärmetauscher ist aus der französischen
Patentschrift FR-A-2 626 969 bekannt, welche einen sogenannten Gegenstrom-Wärmetauscher mit einer Umgehung
offenbart.
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Das Verwenden eines solchen vorbekannten Wärmetauschers
kann in einer gewissen Periode des Jahrs, wie etwa der Sommerzeit,
bei der die Außentemperatur
höher ist
als die Innentemperatur, zu einem Problem führen. In diesem Fall wird das
System mit Wärmerückgewinnung
revers arbeiten und der Raum wird relativ zur Außentemperatur beheizt werden.
Dies kann unter Umständen
unerwünscht
sein.
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Die vorliegende Erfindung hat als
ihre Aufgabe, den bekannten Wärmetauscher
zu verbessern und speziell den Betrieb während der Sommerzeit zu verbessern.
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Daher stellt die vorliegende Erfindung
die Steuermittel bereit, die mit einem Sensor für die Außentemperatur oder die Temperatur
des Luftstroms vom Außenlufteinlass
verbunden sind.
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Es zeigt sich oft, dass es für den ersten Durchflusskreislauf
wünschenswert
ist, ein Teil zu umfassen, durch welchen nicht die gesamte kalte
Außenluft
den zu beheizenden Raum in vorgewärmtem Zustand erreicht. Unter
bestimmten Bedingungen kann es gewünscht sein, einen Bruchteil
der zugeführten
Außenluft
dem zu heizenden Raum unbeheizt zuzuführen. Es ist als solches bekannt,
für diesen
Zweck einen Umgehungsdurchflusskreislauf parallel zum ersten Durchflusskreislauf
des Wärmetauschers
einzubauen.
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Eine bevorzugte Ausführungsform
hat das spezielle Merkmal, dass die Achse symmetrisch in Bezug auf
die Seitenwände
angeordnet ist. Diese Ausführungsform
hat den Vorteil, dass die entlang strömende Luft das plattenartige
Element symmetrisch belastet, wobei das Element natürlich relativ
zur Achse symmetrisch ausgeführt
sein muss. Das Ventil kann hierbei auch mit wenig Aufwand gedreht
werden, wenn Luft vorbei strömt,
da der vorbeiströmenden
Luft kein Widerstand begegnet. Im stationären Zustand ist der Antrieb
bei dieser Struktur auch nicht unter Drehungsbeanspruchung.
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Vorzugsweise hat der Gegenstrom-Wärmetauscher
weiterhin das spezielle Merkmal, dass das plattenartige Element
an seinen beiden Enden drehbar befestigt ist. Somit wird vermieden,
insbesondere im geschlossenen Zustand, dass das plattenartige Element
durch vorbeiströmende
Luft unter Biegebeanspruchung kommt.
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Eine spezifische Ausführungsform
hat das spezielle Merkmal, dass der Antrieb einen Motor mit einem
Untersetzungsgetriebe umfasst. Ein sanftes Verrücken des plattenartigen Elements
kann hierdurch realisiert werden, wobei die Kraft aufgrund der langsamen
Bewegung unter allen Bedingungen hinreichend groß sein kann.
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Eine einfache Ausführungsform
hat das spezielle Merkmal, dass der Antrieb zwei Begrenzungsschalter
umfasst, die jeweils die offene und geschlossene Stellung des Ventils
bestimmen. Diese Struktur hat den Vorteil, dass beide Endpositionen
mit sehr einfachen, zuverlässigen
und preisgünstigen
Mitteln festgelegt werden können.
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Eine Alternative weist das spezielle
Merkmal auf, dass der Antrieb einen Schrittmotor umfasst. Ein Schrittmotor
ermöglicht
in einfacher Weise eine möglicherweise
gewünschte
Zwischenposition. Solch eine Zwischenposition könnte im Prinzip auch mit einem üblichen
Motor erzielt werden. In diesem Fall jedoch müssen Positionsfeststellmittel
verwendet werden, um die aktuelle Position des plattenartigen Ventilelements
dem Steuermittel zu signalisieren, dass darauf durch Vergleichen
der momentanen Position mit einer nominalen Position, die von einem
Anwender eingestellt oder auf Basis einer Programmsteuerung und
externen Signalen bestimmt wird, reagiert.
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Eine spezifische Ausführungsform
weist das spezielle Merkmal auf, dass die Steuermittel für Steuerzwecke
mit einem Außentemperatursensor
verbindbar sind.
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Das System gemäß der Erfindung ist ein System,
das in einem Raumheizsystem mit Wärmerückgewinnung verwendet wird.
Kontaminierte Innenluft wird durch frische Außenluft ersetzt, wobei der
Austausch der thermischen Energie zwischen der auszustoßenden erhitzten
Innenluft und der noch ungeheizten hereinkommenden Außenluft
stattfindet.
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Bei bekannten Systemen tritt in einer
Periode, z. B. einer Sommerperiode, wenn die Außentemperatur höher ist
als die Innentemperatur, ein Problem auf. In diesem Fall beginnt
ein System mit Wärmerückgewinnung,
revers zu arbeiten und der fragliche Raum wird relativ zur Außentemperatur
beheizt. Unter bestimmten Bedingungen mag dies unerwünscht sein.
Bei den meisten vergleichbaren Vorrichtungen mit Wärmerückgewinnung
wird unter diesen Bedingungen die Zufuhrbelüftung einfach ausgeschaltet.
Falls das aus irgendeinem Grund nicht möglich ist, muss beim Fall von
stark lärmbelasteten
Außenwänden, die
es unmöglich
machen, beispielsweise Fenster für
eine natürliche
Belüftung
zu öffnen, oder
aufgrund von persönlichen
Umständen
wie Allergien, ein Umgehungskreislauf eingesetzt werden. Diese Umgehung
könnte
optional außerhalb
des Raumheizsystems angeordnet werden. Wenn die Umgehung eingeschaltet
wird, wird die Außenluft
im aktiven Zustand der Umgehung um das Raumheizsystem mit Wärmerückgewinnung
herumgeleitet.
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Die vorliegende Erfindung geht vom
Prinzip aus, dass beim Raumheizsystem ein Gegenstrom-Wärmetauscher
vorhanden sein muss, der selbst mit dem Umgehungssystem versehen
sein muss. Dies ergibt die Möglichkeit
einer sehr einfachen Struktur.
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In einer bevorzugten Ausführungsform
weist der Wärmetauscher
gemäß der Erfindung
das besondere Merkmal auf, dass der Wärmetauscher dieselbe allgemeine
Form aufweist wie ein bekannter Wärmetauscher und daher mit ihm
austauschbar ist.
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Der Wärmetauscher kann auch das spezielle Merkmal
aufweisen, dass der als Umgehungskreislauf dienende prismatische
Teil eine getrennte Einheit ist. Solch ein als Umgehungskreislauf
dienender relativ kleiner prismatischer Teil bildet ein Einsetzmodul
und kann in einem Wärmetauscher
platziert werden, der mit einem für diesen Zweck eingerichteten leeren
Platz versehen ist, in welchen das relativ kleine prismatische Teil
hineinpasst.
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In Bezug auf sowohl diese Ausführungsform als
auch die im vorstehenden Absatz beschriebene Ausführungsform
muss in diesem Fall auf die Tatsache aufmerksam gemacht werden,
dass der Umgehungsraum eine gewisse Verminderung der effektiven
Abmessungen des Wärmetauschers
verursacht, In der Praxis zeigt sich jedoch, dass Wärmetauscher in
Raumheizsystemen so großzügig dimensioniert sind,
dass dies kein Problem darstellt.
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Eine der beschriebenen Ausführungsformen ist
so ausgeführt,
dass das Steuermittel, welches beispielsweise einen Mikroprozessor
oder dgl. umfassen kann, zur Steuerung mit einem Rußentemperatursensor
verbindbar ist.
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Das System kann beispielsweise die
folgenden funktionellen Situationen haben:
- (1)
Außentemperatur
niedriger als 15°C;
Umgehung geschlossen; Raumheizsystem aktiv. Die zugeführte Außenluft
wird von der abgeführten
Innenluft erhitzt.
- (2) Außentemperatur
niedriger als 15°C
oder höher
als 20°C;
Umgehung offen; Raumheizsystem nicht aktiv. Die zugeführte Außenluft
wird direkt, ohne aufgeheizt zu werden, in den Raum gebracht.
- (3) Außentemperatur
niedriger als 20°C;
Umgehung geschlossen; Raumheizsystem aktiv. Die zugeführte Außenluft
wird von der abgeführten
Innenluft erhitzt.
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Die Werte von 15°C und 20°C sind beispielhaft angegeben.
Das System kann beispielsweise so ausgelegt werden, dass der Anwender
des Raumheizsystems diese Temperaturen einstellen kann.
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Die beschriebene Einstellung kann
zu weniger Heizen der Wohnung im Sommer während des Tages (wenn es außen warm
ist) und einem rascheren Abkühlen
der Wohnung während
der Nacht (wenn es außen
relativ kalt ist) führen.
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Die Erfindung wird nunmehr unter
Bezugnahme auf die angehängten
Zeichnungen beleuchtet. Darin zeigen:
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1 eine
teilweise aufgebrochene perspektivische Ansicht eines Teils eines
Heizraumsystems, welches einen Gegenstrom-Wärmetauscher gemäß der Erfindung
beinhaltet;
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2 eine
perspektivische Ansicht eines bekannten Wärmetauschers;
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3a eine
der 2 des Wärmetauschers von 1 entsprechende Ansicht
in der Situation, bei der das Umgehungsventil geschlossen ist; und
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3b eine
der 3a entsprechende
Ansicht in der Situation, bei der das Umgehungsventil voll geöffnet ist.
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1 zeigt
einen Teil einer Raumheizvorrichtung 1. Ein Gegenstrom-Wärmetauscher 2 ist
darin eingebaut.
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Über
einen Einlass 2 wird kalte Außenluft über einen ersten Aufnahmehohlraum 4 dem
Wärmetauscher 2 zugeführt. Über einen
ersten Abfuhrhohlraum 5 wird die erhitzte Außenluft,
welche durch den Wärmetauscher 2 über einen
ersten Durchflusskreislauf durchgegangen ist, durch einen Ventilator 6 zu
einem Auslaß 7 abgeführt, durch
welchen erwärmte
Luft in den zu heizenden Raum geleitet wird.
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Über
einen zweiten Einlass 8 wird die vom Raum abgesaugte Luft über einen
zweiten Einlasshohlraum 8 einem zweiten Durchflusskreislauf
des Wärmetauschers 2 zugeführt und
davon über
einen zweiten Abfuhrhohlraum 10 zu einem Auslaß 11 zum Abführen nach
außen
abgeführt.
Unter Verwendung von Vorrichtung 1 findet daher eine effektive
Rückgewinnung
der in der aus dem Raum abzuführenden Luft
enthaltenen Wärme
statt.
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Vor der Diskussion des Wärmetauschers 2 gemäß der Erfindung
wird zuerst Bezug genommen auf die 2, 3a und 3b.
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2 zeigt
einen bekannten Wärmetauscher 12.
Dieser ist vom Gegenstromtyp mit zwei Durchflusskreisläufen, die
mittels einer Anzahl von parallelen Wänden 13, beispielsweise
aus Aluminium, voneinander physisch getrennt und miteinander thermisch
gekoppelt sind. Diese Kreisläufe
sind miteinander verwoben und Fluss hindurch kann in zueinander
entgegengesetzter Richtung stattfinden. Die allgemeine Richtung
der zwei Durchflusskreisläufe ist
an der rechten Endwand mittels der zwei Pfeile 14, 15 angezeigt.
Die Ausführungsform
dieses Wärmetauschers 12 ist
allgemein bekannt. Die Wände 13 sind
mittels Konstruktionsmitteln 16 in gegenseitiger Verbindung
gehalten.
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Wie in 2 gezeigt,
weist der Wärmetauscher
eine im wesentlichen prismatische Form auf, und seine Hauptrichtung
parallel zu den erzeugenden Leitungen erstreckt sich quer zur Hauptebene der
Wände.
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Wärmetauscher 17 gemäß den 3a und 3b hat dieselbe allgemein prismatische
Form wie der Wärmetauscher 12 von 2. Er ist daher voll mit diesem
Wärmetauscher 12 austauschbar.
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Wärmetauscher 17 hat
das spezielle Merkmal in Bezug auf den Wärmetauscher 12, das
bei der prismatischen Form eine kleinere prismatische Form 18 mit
demselben Querschnitt quer zur Hauptrichtung frei von Wänden ist
und somit einen von zwei Wänden
begrenzten Hohlraum 18 umfasst. Dieser Hohlraum 18 bildet
Teil des ersten Durchflusskreislaufs, der für den Wärmetauscher 12 in 2 mit 14 bezeichnet
ist. In dieser Hinsicht ist der Hohlraum daher an den Seiten von
zwei Wänden 19, 20 begrenzt. In
Hohlraum 18 angeordnet ist eine Platte 21, die
als ein Ventilkörper
dient, die zwischen einer geschlossenen Position, gemäß 3a, und einer offenen Position,
gemäß 3b, verrückbar ist. In der in 3b gezeigten offenen Positionen
wird das Ventil mit 21' bezeichnet.
Die Platte 21 ist zentral an ihren Längsenden in Drehlagern 31, 32 angebracht,
die zusammen eine Rotationsachse definieren, welche sich symmetrisch
relativ zum prismatischen Teil 18 erstreckt. Die Platte 21 ist
gleichermaßen
symmetrisch relativ zu dieser Achse platziert. Die Platte 21 kann somit
zwischen der geschlossenen Position von 3a, in welcher die langen Seitenkanten
der Platte 21 im wesentlichen mit den Wänden 19, 20 verbunden
sind, und der offenen Position, in welcher sich die Platte 21 in
einer mehr oder weniger parallel zu den Wänden 19, 20 erstreckenden
Ebene erstreckt, verrückt
werden. Die Rotation der Platte 21 findet mit einem in
diesem Fall als Schrittmotor ausgeführten Antrieb 33 statt.
Dessen Steuerung findet mittels zentralen Steuermitteln statt, beispielsweise einem
Mikroprozessor umfassend, der z. B. mit einem Raumthermostaten,
einem Außentemperatursensor
und Steuermitteln verbunden ist, die beispielsweise eine Tastatur
zur Bedienung durch einen Anwender umfassen können.
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Der Luftstrom durch Höhlung 18 wird
nicht längs
der Oberflächen
des Wärmetauschers 17 geführt. Als
ein Resultat dieses Umgehungshohlraums 18 findet daher
ein direkter Durchfluss von Außenluft außerhalb
des Wärmetauschers
statt.
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Ein Raumheizsystem ist allgemein
bekannt und wird im großen
Maßstab
angewendet. Mit so einem System ausgestattete Wohnungen müssen auch
während
des Sommers vom Einlassventilator belüftet bleiben. Es sei in dieser
Hinsicht angemerkt, dass es nicht immer wünschenswert oder sogar möglich ist,
Fenster zu öffnen,
beispielsweise aufgrund von Straßenlärm. Adäquate Belüftung der Räume in diesen Wohnungen ist
nichtsdestoweniger notwendig. Zu deisem Zweck wird das Ventil 21 in
seiner Position 21' platziert.
Zufuhr von Luft mit einem beachtlich vermindertem Flusswiderstand
mittels Ventilator 6 ist daher auch im Sommer sichergestellt.
Dies führt auch
zu einer beachtlichen Verminderung der notwendigen Kapazität des Ventilators 6.
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Man beachte die Tatsache, dass Wärmetauscher 17 gemäß 1 und 3 vorzugsweise dieselbe externe Form
wie der vorbekannte Wärmetauscher von 2 aufweist. Der Wärmetauscher 17 kann
somit verwendet werden, um den bekannten Wärmetauscher 12 zu
ersetzen.
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Man beachte weiterhin die Tatsache,
dass diese Erfindung sich auch auf eine Umgehungseinheit bezieht,
die dafür
ausgerichtet ist und abzielt auf das Hinzufügen zu einem Wärmetauscher,
der mit einem Raum zum Aufnehmen einer solchen Einheit versehen
ist. Diese Umgehungseinheit gemäß der Erfindung
ist in Anspruch 10 spezifiziert.