AT514832A1 - Enthalpieübertrager- und Speicherblock - Google Patents

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AT514832A1
AT514832A1 ATA944/2013A AT9442013A AT514832A1 AT 514832 A1 AT514832 A1 AT 514832A1 AT 9442013 A AT9442013 A AT 9442013A AT 514832 A1 AT514832 A1 AT 514832A1
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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Übertrager- und Speicherblock für sensible und latente Wärme sowie für Stoffe bei erzwungener Strömung eines Fluides durch eine Vielzahl von Kanälen. Der Übertrager- und Speicherblock wird dabei abwechselnd von einem Fluid mit hohem Potential (Temperatur, Stoffkonzentration) und einem Fluid mit niederem Potential im Gegenstrom durchströmt. Die spezifische Übertragungsleistung soll verbessert und die ungewünschte Stoffübertragung, z.B. Gerüche, reduziert werden. Der erfindungsgemäße Übertrager- und Speicherblock ( 1) ist dadurch gekennzeichnet, dass die Kanäle (2) eine für die Anwendung und Herstellung optimierte Geometrie aufweisen und die Kanalwände durch wenigstens eine sorptiv wirkende Funktionsschicht (7) erzeugt werden. Die zweite Funktionsschicht (8) ist z.B. ein Binder, welcher auf die Art des Sorptionsmaterials und das Speichermaterial (9) abgestimmt ist. Die Funktionsschichten (7, 8) sind dabei die verlorene Schalung für das Speichermaterial (9).

Description

Beschreibung [0001] Die vorliegende Erfindung betrifft einen Übertrager- und Speicherblock für sensible und latente Wärme sowie fürStoffe bei erzwungener Strömung eines Fluides durch eine Vielzahl von Kanälen. Der Übertrager- und Speicherblock wirddabei abwechselnd von einem Fluid mit hohem Potential (Temperatur, Stoffkonzentration) und einem Fluid mit niederemPotential im Gegenstrom durchströmt. Dieser Übertrager- und Speicherblock ist auch als Rotationswärmeübertrager mitSorption oder als Umschaltspeicher bekannt und wird z.B. zur regenerativen Wärme- und Feuchterückgewinnung in Lüf-tungs- und Klimaanlagen verwendet.
[0002] Es sind mehrere gattungsgemässe Übertrager sowie Speicher von Wärme und Stoffen bekannt.
[0003] Die Patentschriften EP 0 957 320 Heat exchanger element, EP 1 796 819 Production of wound storage material forrotational heat exchangers und DE 10 2005 003 543 Feuchtigkeits- und/oder Wärmeaustauschvorrichtung z.B. Platten¬wärmeaustauscher, Sorptionsrotor Adsorptionsentfeuchtungsrotor od. dgl., beschreiben Wärmerückgewinnungselemen¬te, hergestellt aus dünnwandigen Bändern, einmal glatt und einmal gewellt. Diese mit Sorptionsmaterial beschichtetenBänder werden zu einem Rotor gewickelt. Nachteile dieser Ausführung sind der schlechte Wärmeübergang bezogen aufdie Brutto-Bandoberfläche und die ungünstige Kanalform. Die Luftkanäle werden dabei durch die 2 Bänder gebildet. Beiden Verbindungsstellen dieser Bänder entstehen relevante Anteile von nicht genutzten Oberflächen. In diesen Kanaleckenist die Spülung bei laminarer Strömung unvollständig. Dies führt zu einer ungewünschten Stoffübertragung, z.B. Gerüche,von der Abluft auf die Zuluft. Speziell bei kleinem hydraulischem Durchmesser sind diese Nachteile stark ausgeprägt. DieseKanalecken sind zudem ungünstig bezüglich dem Verschmutzungsverhalten des Wärmeaustauschers. Bei Verwendungvon metallischen Bändern, z.B. Aluminium, mit der für die Wärmespeicherung notwendigen Materialdicke, wird zudem derWirkungsgrad infolge der axialen Wärmeleitung reduziert.
[0004] Die Patentschrift DE 10 2011 0 011 181 Wärme- und/oder Feuchteaustauschelement beschreibt einen Plattenwär¬meübertrager als Umschaltspeicher. Dünnwandige Platten oder Bänder mit Abstandsleisten aus Kunststoff werden zu ei¬nem Wärmeübertrager gestapelt und verklebt. Der Feuchteaustausch erfolgt über die Kondensatphase beim Abkühlzyklus.Nachteile dieser Ausführung sind der geringe Feuchtewirkungsgrad, speziell bei einem geringen Kondensationspotential,sowie der Materialaufwand für die Erreichung eines druckstabilen Wärmeübertragers. Bei einem Feuchteaustausch mitfreiem Wasser besteht der Nachteil, dass wasserlösliche Stoffe und Gerüche übertragen werden. Bei dieser Ausführungsind Massnahmen für die Kondensatableitung und gegen die Vereisung notwendig. Der Druckverlust ist wegen der vielenAbstandshalter und der ungünstigen Kanalform nicht vorteilhaft.
[0005] Obiges gilt auch für die bekannten Ausführungen mit spiralförmig aufgerollten Bändern.
[0006] Die Patentschriften WO 2004 113 816 Wabenkörper für thermische Abgasbehandlung, KR10 2012 025 057 Con¬tinuity turning type regenerative heat exchanger und CN 000 101 898 498 Evapuration type automobile parking ventilatingand cooling System, beschreiben Übertrager aus Keramik mit wabenförmigen Kanälen für Fluide mit hohen Temperaturenund für Stoffe mit korrosiven Eigenschaften. Keramik ist für die Stoffübertragung von z.B. Wasser im Temperaturbereichkleiner 0°C nicht geeignet. Das in den Poren gespeicherte H20 vereist und sprengt das keramische Material beim Auftau¬prozess. Der Feuchteaustausch erfolgt über die Kondensatphase. Die vorgängig beschriebenen Nachteile geringer Feuch¬tewirkungsgrad, Geruchsübertragung, Kondensatableitung und Vereisungsschutzmassnahmen gelten auch für diese Aus¬führung. Zudem ist die Herstellung dieser Übertrager mit Kanälen mit kleinem hydraulischem Durchmesser aufwändig.
[0007] Die Patentschrift CH 700 341, Wärmeübertrager mit einem Helix-Kanal für eine erzwungene Strömung, beschreibteinen helixförmigen Fiuidkanal mit 3 Kanalabschnitten für die verbesserte Wärme- und Stoffübertragung. Die Kanalober¬fläche ist mit einer Funktionsschicht für die Stoffübertragung ausgeführt. Diese Ausführung beschreibt eine vorteilhafteAusführung für eine hohe spezifische Übertragungsleistung. Die Herstellung der helixförmigen Kanäle ist aber recht auf¬wändig und nur für Anwendungen, bei welchen eine hohe Leistungsdichte gefordert wird, gerechtfertigt.
[0008] Die Erfindung hat die Aufgabe, eine verbesserte Ausführung eines gattungsgemässen regenerativen Übertrager¬und Speicherblocks bereitzustellen. Insbesondere soll für die Ausführungen, bei welchen die Kanäle mit einem hydrauli¬schen Durchmesser von kleiner als 3 mm notwendig sind, die spezifische Übertragungsleistung verbessert und die unge¬wünschte Stoffübertragung, z.B. Gerüche, reduziert werden.
[0009] Der erfindungsgemässe Übertrager- und Speicherblock ist dadurch gekennzeichnet, dass die Kanäle eine für dieAnwendung und Herstellung optimierte Geometrie aufweisen und die Kanalwände durch wenigstens eine Funktionsschichterzeugt werden. Der erfindungsgemässe Übertrager- und Speicherblock besteht nicht wie bisher bekannt aus einzelnenBändern oder Platten mit Beschichtung, sondern ist ein Block aus einem Speichermaterial mit einer Vielzahl von Kanä¬len. Die Funktionsschichten erzeugen dabei die verlorene Schalung für das Speichermaterial. Die erste Funktionsschichtist sorptiv wirksam. Die zweite Funktionsschicht ist z.B. ein Binder, welcher auf die Art des Sorptionsmaterials und dasSpeichermaterial abgestimmt ist. Für Anwendungen mit hohen hygienischen Anforderungen kann in das Ausgangsmate¬rial für die erste oder zweite Funktionsschicht mit einem antimikrobiell wirkenden Stoff, z.B. Silberionen oder Nanosilber,gemischt werden.
[0010] Diese vorteilhafte Ausführung des Übertrager- und Speicherblocks ermöglicht eine einfache Herstellung ohne auf¬wändige Verbindungen von Bändern oder Platten. Es sind keine Abstandsprofile (Plattenwärmeübertrager) oder Naben(Rotoren) notwendig. Die Kanalgeometrie kann dabei je nach Aufgabenstellung beliebig gewählt werden und wird nicht

Claims (6)

  1. durch verformte und gestapelte Bleche gebildet. Die Funktionsschichten können z.B. mit einem mehrstufigen Tauchverfah¬ren aufgebaut werden. Dabei besteht der Tauchkern aus einer Vielzahl von Stäben, welche die gewünschte Kanalgeome¬trie aufweisen. Bei einer vorteilhaften Kanalform, z.B. kreisförmig oder wabenförmig, entstehen keine Ecken, welche nurschwer gespült werden können. Durch die Wahl der Dicke und der spez. Wärme des Speichermaterials kann der Speicherje nach Anforderung dimensioniert werden. Bei Verwendung von Kunststoffen als Speichermaterial ist die Wärmeleitungin axialer Richtung geringer als bei einem metallischen Trägermaterial. [0011] Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 a Die Vorderansicht auf einen erfindungsgemässen Übertrager- und Speicherblock, Fig. 1b einen Längsschnitt von Fig. 1a, Fig.
  2. 2 ein Detail aus Fig. 1a mit kreisförmigen Kanälen, Fig.
  3. 3 ein Detail aus Fig. 1 a mit wabenförmigen Kanälen. [0012] In Fig. 1a ist der Übertrager- und Speicherblock 1 in einer kreisförmigen Aussenform dargestellt. Die Kanäle 2 sindgleichmässig über die Stirnfläche verteilt. Die Aussenform sowie die Anzahl, Position und Verteilung der Kanäle 2 kannje nach Aufgabenstellung dimensioniert werden. [0013] In Fig. 1b sind die Kanäle 2 im Schnitt sichtbar. Der Fluideintritt 3, 5 und Austritt 4, 6 wechselt je Verfahrenszyklus.Es wird zwischen dem Lade- und Entladezyklus im Gegenstrom unterschieden. [0014] In Fig. 2 wird ein vergrösserter Ausschnitt aus Fig. 1a gezeigt. Die Kanäle 2 sind kreisförmig und versetzt ange¬ordnet. Die Funktionsschichten 7 und 8 bilden den Kanal 2. Diese Funktionsschichten sind mit dem Speichermaterial 9verbunden. In Fig. 3 wird eine Variante zu Fig. 2 mit einer wabenförmiger Kanalgeometrie (2) gezeigt. Patentansprüche 1. Übertrager- und Speicherblock (1) mit einer Vielzahl von Kanälen (2) für sensible und latente Wärme sowie für Stof¬fe bei erzwungener und abwechselnder Durchströmung eines Fluides mit hohem und niederem Potential, dadurchgekennzeichnet, dass die Kanalwände aus wenigstens einer sorptiv wirkenden Funktionsschicht (7) bestehen unddiese Funktionsschicht die verlorene Schalung für das Speichermaterial (9) ist. 2. Übertrager- und Speicherblock nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Übertrager- und Speicherblock(1) eine zweite Funktionsschicht (8) aufweist, welche als Binder zwischen der ersten Funktionsschicht (7) und demSpeichermaterial (9) wirkt. 3. Übertrager- und Speicherblock nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Funktionsschicht (8) einElastomer ist, welches die Volumenänderung der sorptiv wirkenden ersten Funktionsschicht (7) gegenüber dem Spei¬chermaterial ausgleicht.
  4. 4. Übertrager- und Speicherblock nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste oder die zweite Funk¬tionsschicht (7, 8) antimikrobiell ausgerüstet ist.
  5. 5. Übertrager- und Speicherblock nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Speichermaterial (9) auseinem giessfähigen Polymer mit geringem Schwund hergestellt ist.
  6. 6. Übertrager- und Speicherblock nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Übertrager- und Speicher¬block (1) in Richtung der Kanäle (2) aus mehreren Übertrager- und Speicherblockschichten zusammengesetzt ist.
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