<Desc/Clms Page number 1>
PLATEN-WARMTEWISSELAARS OPGEBOUWD UIT O. M. HOLLE GEËXTRUDEERDEPANELEN.
De voorliggende uitvinding betreft platen-warmtewisselaars opgebouwd uit holle geëxtrudeerde panelen, die op een bijzondere wijze worden versneden en geassembleerd om o. m. overwegend tegenstroom te realiseren.
Totnogtoe worden verschillende platen-warmtewisselaars gebruikt, vooral voor "symmetrische" opgaven (bv. lucht/lucht, met ongeveer gelijke debieten met bescheiden temperatuur- en drukverschillen, zoals bv. in de klimaatregeling). Vaak wordt de kruisstroom-optie toegepast omwille van de eenvoudige constructie en ondanks de matige prestaties. Verschillende materialen worden gebruikt zoals glas, metalen of kunststoffen, dit in verschillende vormen: vlakke stijve platen, of platen in relief geperst of combinaties daarvan.
De voorliggende uitvinding introduceert een nieuw concept met holle (geëxtrudeerde) panelen bv. in kunststof, die op een bijzondere manier worden versneden en geassembleerd, zodat grotendeels tegenstroom wordt gerealiseerd met de voordelen vandien. Dit wordt hierna toegelicht aan de hand van de figuren 1 tot 14, die gelden als schematische illustraties van een concept dat uiteraard op verschillende wijzen kan worden uitgewerkt.
Fig 1 toont een hol geëxtrudeerd paneel in perspectief Figuren 2 tot 4 : een kruisstroom-warmtewisselaar, en meer bepaald : Fig. 2 : een aanzicht van de warmtewisselaar ; Fig. 3 : doorsnede I van fig. 2 ; Fig. 4 : doorsnede II van fig. 2 ; Figuren 5 tot 8 : een warmtewisselaar-element 58, en meer bepaald Fig. 5 : Fig. 5 : doorsnede 1 van fig. 6, 7, 8 ; Fig. 6 : doorsnede II van fig. 5 ;
<Desc/Clms Page number 2>
Fig. 7 : doorsnede III van fig. 6 ; Fig. 8 : doorsnede IV van fig. 6 ; Figuren 9 tot 12 : een ander warmtewisselaar-element 912, meer bepaald : Fig. 9 : doorsnede I van fig. 10, 11, 12 ; Fig. 10 : doorsnede 11 van fig. 9 ;
Fig. 11 : doorsnede III van fig. 10 ; Fig. 12 : doorsnede IV van fig. 10 ; Figuur 13 : drie aanzichten betr. parallelschakeling van elementen (912) ; Figuur 14 : een doorsnede betr. parallelschakeling van elementen (58) ; De figuur 1 toont een stuk hol paneel (1), dat is afgesneden van een streng geextrudeerde kunststof Het bestaat uit twee onderling evenwijdige platen (11) die onderling zijn verbonden door onderling evenwijdige schotten (12), haaks op de gezegde platen (11). In dit hol paneel (1) zijn dus evenwijdige kanalen (2) beschikbaar met rechthoekige dwarsdoorsnede.
Practisch zou deze doorsnede enkele vierkante millimeter kunnen zijn, de dikte van de platen (11) en de schotten (12) van de orde van een tiende millimeter.
Een stapeling van vierkant gesneden holle panelen (1) volgens fig. 1 met beurtelings haaks kruisende kanalen (2) kan een zeer eenvoudige kruisstroom-warmtewisselaar vormen, zij het met enkele nadelen. Beter is het concept volgens figuren 2 tot 4. Hier wordt een stapeling gemaakt van panelen (1) met alle kanalen (2) evenwijdig. Tussen naburige panelen wordt telkens een gleuf (3) gerealiseerd zo breed als de paneeldikte door middel van haaks op de kanalen (2) gelijmde randstrippen (4) en mogelijk tussenliggende steunblokjes (9), eventueel gesneden uit holle panelen (1).
De hoekpunten van de stapeling kunnen met een opgelaste strip (10) versterkt worden. Nu kan bv. verse lucht (Fl) doorheen de kanalen (2) stromen, en bedorven lucht (F2) door de gleuven (3) tussen de panelen (1),
<Desc/Clms Page number 3>
blijkbaar in kruisstroom tegenover (fil). De inlaten zijn met (Fl, F2) gemerkt, de uitlaten met (F1\F2').
Figuren 5 tot 8 tonen een ander concept dat deels tegenstroom toelaat.
Daartoe worden rechthoekig gesneden panelen (1), aan een uiteinde voorzien met een haaks op de kanalen (2) gelijmde randstrip (4), met een kleine overlapping (5) op elkaar gestapeld en gelijmd. Daardoor ontstaat een balkvormig pakket van panelen (1) en gleuven (3) met een lengte van bijna tweemaal de paneellengte. De buitenvlakken evenwijdig met de panelen (1) worden afgedekt met een vlakke plaat (6) over de volle lengte. De buitenvlakken haaks op de panelen (1) worden afgedekt met vlakke platen (6') die iets korter zijn en daardoor aan een uiteinde van het pakket de gleuven (3) tussen de panelen (1) vrijlaten. Deze laterale poorten (33) liggen diagonaal tegenover elkaar : bv. links boven in fig. 7, en rechts onder in fig. 8.
Het geheel vormt een warmtewisselaar-element (58), met inlaten (F1, F2), en uitlaten (FI', F2'). De doorsnede I van fig. 5 laat zien hoe bv. een debiet (F1) tussen naburige holle panelen (1) kan stromen, terwijl een debiet (F2) doorheen diezelfde holle panelen (1) stroomt.
Doorsnede III van fig. 7 laat zien hoe nu bv. een debiet (fil) kan instromen doorheen een reeks holle panelen (1) en uitstromen via gleuven (3) tussen naburige panelen (1) naar laterale poorten (33) in een buitenvlak haaks op de holle panelen (1) en de gleuven (3). Doorsnede IV is helemaal gelijkaardig, en toont een stroompad voor een debiet (F2). De debieten (fil) en (F2) worden grotendeels in tegenstroom met elkaar in contact gezet, nl. in het centrale deel (11) van de warmtewisselaaar, terwijl aan de twee uiteinden (77) plaatselijk kruisstroom optreedt, opgedrongen door de randstrippen (4). Uiteraard kunnen beide debieten ook in omgekeerde richting stromen (altijd in overwegend tegenstroom) en kunnen zulke warmtewisselaars in andere standen en orientates worden gebruikt.
Ook
<Desc/Clms Page number 4>
kan men nog kortere platen (6') gebruiken zodat de gleuven (3) tussen panelen (1) aan beide uiteinden van de randstrippen (4) vrijkomen, en daardoor voor elk debiet (FI en F2) twee tegenover elkaar liggende laterale poorten (33) beschikbaar komen. Deze optie is echter niet geschikt voor parallelschakeling volgens fig. 14, die verder wordt toegelicht.
Figuren 9 tot 12 illustreren een ander concept dat evenzeer grotendeels tegenstroom realiseert, maar met een grotere flexibiliteit inzake aansluiting op toe- en afvoerleidingen.
Doorsnede I (fig. 9) haaks op de stromingen in het centrale tegenstroomdeel (11) van de warmtewisselaar is helemaal gelijkaardig met de doorsnede I van de vorige fig. 5. Ook hier stroomt bv. een debiet (fil) tussen-, een debiet (F2) doorheen holle panelen (1). Ook hier worden de buitenwanden evenwijdig met de kanalen (2) afgedicht met passende vlakke platen (6) en (6'). De kruisstroomzones (77) aan beide uiteinden worden hier echter gerealiseerd door driehoekig gesneden holle panelen (7) met schuinliggende kanalen (2), bv. op 45 . Deze panelen (7) worden met een zekere overlapping (5) gelijmd tussen naburige panelen (1) van de tegenstroomzone. Tussen de schuine randen van de panelen (7) worden randstrips (4) gelijmd, haaks op de kanalen (2).
Voor grotere warmtewisselaars kan de stijfheid van het geheel verbeterd worden door strategisch geplaatste steunstrippen (9), bv. uit hol paneel gesneden. Op de uitspringende hoek van de driehoekige kruisstroom-panelen (7) kan bovendien een versterkingstrip (10) gelast worden die ook een dichtingselement kan opvangen voor de aan te sluiten leidingen. Het geheel vormt een warmtewisselaar-element (912).
De figuren 11 en 12 laten zien hoe bv. een debiet (Fl) een stroompad vindt doorheen holle panelen (7) in de kruisstroomzones (77) bij inlaat en uitlaat (F 1, F 1'), en tussen naburige panelen (1) in de centrale tegenstroomzone
<Desc/Clms Page number 5>
(11). Een debiet (F2) daarentegen circuleert tussen panelen (7) en doorheen panelen (I), van (F2) naar (F2').
Blijkbaar krijgen de twee debieten (Fl) en (F2) verschillende wegen of stroompaden, vermoedelijk met verschillende drukvallen. Waar dit als een nadeel wordt gezien kan volledige symmetrie worden bereikt door de centrale tegenstroomzone (11) in twee delen op te bouwen, zoals uiteengezet bij de vorige figuren 5 tot 8. Op die manier worden de twee stroompaden identiek : bv. kruisstroom-inlaat doorheen panelen (7), tegenstroom tussen panelen (1), verdere tegenstroom doorheen panelen (1), en uitlaat tussen panelen (7) (of omgekeerd).
Een warmtewisselaar-element (912) kan afzonderlijk gebruikt worden.
Fig. 13 (drie aanzichten) laat echter zien hoe elementen (912) kunnen worden samengevoegd in parallel. Bv. drie elementen (912) volgens fig. 9 tot 12 worden met de rechthoekige wanden (6') tegen mekaar gestapeld zodat de schuinliggende in- en uitlaatzones (77) passend bij elkaar komen liggen. D. w. z. : inlaat (Fl) naast inlaat (Fl), uitlaat (F2') naast uitlaat (F2') enz.. De aansluiting op de toe-en afvoer-leidingen gebeurt via driehoekige collectoren (44), bv. uit plaatstaal, met inwendige driehoekige schotten (45) aansluitend op de versterkingstrippen (10) en dus haaks op de holle panelen van de elementen (912). Deze schotten (45) houden de verschillende debieten uit mekaar.
Op de vier schuinliggende vlakken (46) van de collectoren (44) vindt men de in- en uitlaatopeningen (47) gegroepeerd voor de verschillende leidingen (FI, FI', F2, F2') die natuurlijk volgens plaatselijke noodwendigheden hetzij evenwijdig met-, hetzij haaks op de stroomrichting in de tegenstroomzones (11) van de elementen (912) kunnen verlopen, of ook schuin.
Fig. 14 (een doorsnede) toont hoe parallel-schakeling van elementen (58) kan worden gerealiseerd. Meerdere elementen (58) worden schuin met de
<Desc/Clms Page number 6>
wanden (6') tegen elkaar gemonteerd, zo dat de laterale poorten (33) van de gleuven (3) vrij liggen, tussen of naast vlakken met open kanalen (2) van naburige elementen (58). Via driehoekige collectoren (44) gelijkaardig aan deze van de vorige fig. 13 worden de leidingen (F1, F2', F2, FI') passend aangesloten op de reeks elementen (58).
Het hier geintroduceerde concept biedt enkele nieuwe voordelen tegenover de gebruikelijke kruisstroom apparaten, o. m. het betere rendement voor een zelfde geinvesteerd oppervlak, ofwel een kleiner nodig oppervlak (en volume) voor eenzelfde rendement. Bovendien heeft een tegenstroomwisselaar een gelijkmatiger uitlaat-temperatuur dan zijn kruisstroom concurrent. Bij vergelijkbaar rendement zal hij dan ook beter weerstaan bv. aan aanvriezen van condensaat in de uitlaat van bedorven lucht in winterregime. Door parallelschakeling van tegenstroom-elementen van het type (58) of (912) kunnen tegenstroom-warmtewisselaars gebouwd worden met groot frontaal oppervlak en relatief kleine diepte. Dit komt het rendement ten goede.
Inzake mechanische stevigheid en levensduur zijn de verwachtingen uitstekend indien bv. polypropyleen wordt gebruikt, dat perfect lasbaar is, watervast, taai en recycleerbaaar. De kostprijs kan allicht laag gehouden worden door halffabrikaten te gebruiken die in massa geproduceerd worden, o. m. voor de verpakkings-industrie. De toepassingsgebieden zijn niet alleen te vinden in de reeds vermelde recuperatie van warmte uit ventilatielucht, maar ook in verschillende systemen voor behandeling van lucht of andere gassen (o. m. drogen enz), en telkens warmte moet gewisseld worden in nagenoeg "symmetrische" situaties, met beperkte temperatuur-en drukverschillen.