DE10034568A1 - Kreuzstrom-Wärmetauscher - Google Patents

Abstract

Ein Kreuzstrom-Wärmetauscher zur Temperaturregelung bzw. Klimaführung in Gebäuderäumen setzt sich aus einer Vielzahl von horizontalen, übereinander angeordneten, stirnseitig zueinander festgelegten Platten zusammen. Diese bestehen jeweils aus einem Paar von gleichgeformten Plattenteilen, die aus einer Folie von vorzugsweise 0,15 mm Dicke aus gut wärmeleitendem Metall oder aus thermoplastischem Kunststoff gefertigt sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kreuzstrom-Wärmetauscher mit den im Oberbegriff des Anspruches 1 erläuterten Merkmalen.

Ein derart aufgebauter Kreuzstrom-Wärmetauscher ist bekannt und Gegenstand der DE 198 38 525 A1. Er bildet ein Aggregat für Kondensationswäschetrockner, wobei die eine Gruppe seiner Medienkanäle zur Führung von Feuchtluft und dessen andere Kanalgruppe zur Führung von Kühlluft dient.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Kreuzstrom- Wärmetauscher dieser Art einem neuen Anwendungsbereich zuzuführen, der erfindungsgemäß in der Verwendung des Kreuzstrom-Wärmetauschers zur Temperaturregelung bzw. Klimaführung in Gebäuderäumen besteht.

Dabei eröffnet ein solcher Einsatz des Kreuzstrom- Wärmetauschers die Möglichkeit, Gebäuderäume sowohl zu kühlen als auch zu erwärmen, je nachdem, in welcher Kombination Medien durch den Medienführungskörper hindurchgeleitet werden.

Im Falle einer Medienführung gemäß Anspruch 2 erfolgt hierbei eine Klimatisierung durch entsprechende Feuchtigkeitsregelung der Raumluft, während sich bei einer Medienführung gemäß Anspruch 3 durch erwärmtes Brauchwasser die Raumluft temperieren lässt.

Zur Herstellung des Plattenpaketes bzw. seiner Plattenteile eignen sich verschiedene Werkstoffe, wobei der Einsatz von Folie den Vorteil bietet, nicht ausschließlich auf gut wärmeleitende Materialien zurückgreifen zu müssen.

So ist es beispielsweise möglich, thermogeformte Folien aus Kunststoff zu verwenden, wobei sich zur Fertigung der Plattenteile mit Vorzug Acrylnitril-Buthadien-Styrol- Copolymere (ABS) oder Polypropylen eignen. Hierbei hat sich zur Erzielung notwendiger Kühl- bzw. Wärmeleistungen bzw. der hierzu erforderlichen Wärmeleitfähigkeit und Stabilität eine Foliendicke zwischen 0,15 mm und 0,50 mm, vorzugsweise 0,3 mm, als vorteilhaft erwiesen.

Als weiterer, mit Vorteil einzusetzender Werkstoff empfiehlt sich Aluminiumfolie mit einer Dicke von ebenfalls vorzugsweise 0,15 mm bis 0,20 mm.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Merkmale der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Die Zeichnung zeigt die Konstruktion eines möglichen Ausführungsbeispieles eines erfindungsgemäß zu verwendenden Kreuzstrom-Wärmetauschers zur Klimatisierung eines Raumes durch Regelung der Raumluftfeuchtigkeit. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt des Kreuzstrom-Wärmetauschers entlang der Linie B-B der Fig. 2,

Fig. 2 einen Querschnitt des Kreuzstrom-Wärmetäuschers entlang der Linie A-A der Fig. 1,

Fig. 3 einen durch einen strichpunktierten Kreis angedeuteten Ausschnitt der Darstellung gemäß Fig. 1, in stark vergrößertem und verkürztem Maßstab,

Fig. 4 eine schaubildliche Darstellung des Plattenpakets des Kreuzstrom-Wärmetauschers gemäß Fig. 1 und 2,

Fig. 5 einen Teillängsschnitt durch ein vorgeformtes Plattenteil aus Aluminiumfolie,

Fig. 6 eine Darstellung des Plattenteils gemäß Fig. 5, in zusammengeschobenem Zustand,

Fig. 7 eine schematische Schnittansicht der zueinander versetzten Anordnung von Stegteilstücken.

Der dargestellte Kreuzstrom-Wärmetauscher weist beispielsweise fünf horizontale Ebenen von von Raumluft durchströmten, im Querschnitt vorzugsweise in etwa zylindrischen Raumluftkanälen 10 auf, die in radialem Abstand zueinander parallel verlaufen und von Ebene zu Ebene vorzugsweise auf Lücke versetzt sind. Quer zu den Raumluftkanälen 10 und parallel zu deren Ebenen erstrecken sich in insgesamt sechs Ebenen im Querschnitt rechteckförmige Kühlluftkanäle 12.

Beide Arten von Kanälen 10 und 12 sind durch übereinander gestapelte, vorzugsweise rechteckförmige Platten 14 eines Plattenpaketes gebildet, die ihrerseits jeweils aus zwei zueinander gleich geformten und einander symmetrisch zugeordneten Plattenteilen 16 und 18 hergestellt sind (siehe Fig. 3 und 4).

Im vorliegenden Falle sind diese Plattenteile 16, 18 einstückig aus einer Folie aus thermoplastischem Kunststoff, vorzugsweise Polyproylen, gefertigt. Sie können ebenso gut einstückig aus einer Folie aus gut wärmeleitendem Metall, vorzugsweise Aluminium, geformt sein.

Jedes Plattenteil 18 ist entlang seiner beiden gegenüberliegenden Längsrandstücke 20 und 22 mit solchen mit 20' und 22' bezeichneten des diesen symmetrisch zugeordneten Plattenteils 16 vorzugsweise durch Kleben, Verschweißen, Druckfügen oder Falzen dicht verbunden.

Zur Bildung der Raumluftkanäle 10 für die feuchte bzw. zu kühlende Raumluft ist jedes Plattenteil 16 bzw. 18 mit eingeformten, zueinander parallelen, rinnenartigen, im Querschnitt halbkreisförmigen Vertiefungen 24 ausgestattet. Diese können sich zu zylindrischen oder zu Flachrohren ergänzen, wobei es im letzteren Falle günstig ist, die beiden flachseitigen Rohrwandteile im Querschnitt gewellt auszubilden. Zur Bildung der Kühlluftkanäle 12 sind an die Plattenteile 16, 18 sich quer zu deren Vertiefungen 24 bzw. deren luftdicht miteinander verbundenen Längsrandteilen 20, 22 erstreckende, senkrecht abragende und zueinander parallele Stege 26 angeformt.

Dient der Kreuzstrom-Wärmetauscher zur Temperierung der Raumluft, sind die Stegwandteile der doppelwandigen Stege 26 vorzugsweise gegenseitig fest miteinander zu verbinden, um sicherzustellen, dass sich diese bei entsprechenden Arbeitsdrücken nicht aufblähen können.

Jede Platte 14 zeichnet sich somit durch obere und untere, in einer gemeinsamen vertikalen Ebene liegende Stege 26 aus. Vertiefungen 24 und Stege 26 verleihen den aus dünnen Kunststoffolien von vorzugsweise lediglich 0,20 mm bis 0,40 mm Dicke eine Steifigkeit, die sicherstellt, dass im gegenseitigen festen Verbund von aufeinandergestapelten Platten 14 gemäß Fig. 1 eine in sich ausgesteifte Baueinheit erzielt wird.

In diesen Plattenverbund greifen, wie Fig. 3 zeigt, die Stege 26 einer Platte 14 zur Bildung der Kühlluftkanäle 12 zwischen zwei Stege 26 einer sich darunter bzw. darüber befindenden Platte 14 ein, vorzugsweise derart, dass sich benachbarte Stege 26 einander berühren (1. Variante). Es ist aber auch denkbar, die Stege 26 zweier Platten 14, wie strichpunktiert angedeutet, jeweils mittig zwischen diejenigen der anderen Platte 16 eingreifen zu lassen, wodurch sich die Anzahl der Kühlluftkanäle 12 verdoppeln läßt und die Effizienz des Wärmetauschers steigt (2. Variante).

Die Platten 14 des Plattenpaketes sind an ihren Stirnenden gemeinsam jeweils in einem vorzugsweise aus Kunststoff bestehenden Halterahmen 28 bzw. 30 abgedichtet gehalten, was mittels eines Klebers 32, vorzugsweise aus Gießharz, bewerkstelligt ist.

Die Stege 26 der oberen und unteren Platten 14 sind zur Bildung von am Wärmetauscher außenseitig liegenden Kühlluftkanälen 12 jeweils durch eine Platine 32 bzw. 34 abgedeckt, die stirnseitig gleichfalls in den Halterahmen 28, 30 festgelegt sind.

Der so gebildete Kreuzstrom-Wärmetauscher weist somit selbst kein zur Bildung der Kanäle 10 für den Kondensatabfluss erforderliches Gehäuse auf. Er ist als Baueinheit in eine Gehäuseöffnung eines Klimatisierungsgerätes einschiebbar, wobei zu dessen Handhabung an seiner vorderen Stirnseite ein Handgriff 38 vorgesehen ist. Er kann ebensogut in einem solchen Gerät fest installiert sein.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Fertigung der Plattenteile 18 aus Metallfolie ist in den Fig. 5 und 6 veranschaulicht.

In eine Aluminiumfolie 40 werden in Längsrichtung der zu bildenden Führungskanäle 10 für die Raumluft rinnenartige Vertiefungsteilstücke 42 und quer zu deren Längserstreckung giebeldachartige Abschnitte 44, 46 eingeformt. Hierzu werden durchgehende rinnenförmige Vertiefungen und quer hierzu und in dieselbe Einformungsrichtung giebeldachartige Abschnitte eingeformt. Schließlich wird die Folie 40 in Erstreckungsrichtung der rinnenartigen Vertiefungsteilstücke 42 derart zusammengeschoben, dass sich diese stirnseitig berühren und die beiden Hälften der giebeldachartig ausgeformten Abschnitte 44, 46 zur Ausbildung der Stege 26 im wesentlichen aneinander anliegen.

Zur Fertigung der Plattenteile aus Kunststofffolie, beispielsweise Polyproylen in einer zu bevorzugenden Dicke von ca. 0,20 mm kann eine Vakuum-Thermo-Umformung angewandt werden. Die Folie wird vorgeheizt und in einem Werkzeug vorzugsweise in einem einzigen Zug in die gewünschte Form gezogen. Der vorstehend erwähnte Verfahrensschritt des Zusammensschiebens ist dann nicht erforderlich. In dem Werkzeug sind finnen- oder schwertartige Metallstreifen eingesetzt, welche die in den Figuren dargestellten Stege 26 ausformen.

Wie aus Fig. 7 ersichtlich ist, sind gemäß einer weiteren Ausführungsform die Stegteilstücke 50 in Längsrichtung geteilt und quer zu ihrer Längsrichtung versetzt zueinander angeordnet. Die finnen- oder schwertartigen Metallstreifen durchtrennen die Kunststofffolie nicht, sondern diese wird quasi tiefgezogen. Auf diese Weise wird eine in Umfangsrichtung geschlossene Umfangskontur der Stegteilstücke 50 und eine verrundete Anströmkante 52 erreicht.

Claims (10)

1. Verwendung eines Kreuzstrom-Wärmetauschers mit wenigstens einem Plattenpaket, dessen Platten (14) von einander im Abstand und in fester Zuordnung überdeckenden und zwischen sich Kanäle (10, 12) für getrennt zu führende Medien enthaltenden Plattenteilen (16, 18) gebildet sind, die entlang von zwei einander gegenüberliegenden Randteilen (20, 22 bzw. 20', 22') luftdicht miteinander verbunden sind und einen flachen, an einander gegenüberliegenden Stirnenden offenen Medienführungskörper bilden, welche Plattenteile (16, 18) aus einer aus wärmeleitendem Metall oder aus thermoplastischem Kunststoff bestehenden Folie (40) gebildet sind, die zur Bildung von sich kreuzenden Medienkanälen (10, 12) einerseits zueinander parallel angeformte Stege (26) und andererseits zueinander parallel angeformte, rinnenartige Vertiefungen (24) aufweist, wobei sich Stege (26) und Vertiefungen (24) zueinander senkrecht erstrecken, zur Temperaturregelung bzw. Klimaführung in Gebäuderäumen.

2. Kreuzstrom-Wärmetauscher zur Temperaturregelung bzw. Klimaführung in Gebäuderäumen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Medienkanäle (10, 12) Luftführungskanäle für Raumluft und Kühlluft sind.

3. Kreuzstrom-Wärmetauscher zur Temperaturregelung bzw. Klimaführung in Gebäuderäumen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die eine Gruppe der Medienkanäle (10) zur Führung von Raumluft und die andere Gruppe zur Führung von Brauchwasser dient.

4. Kreuzstrom-Wärmetauscher zur Temperaturregelung bzw. Klimaführung in Gebäuderäumen nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Platten (14) an ihren die Öffnungen der Raumluftkanäle (10) aufweisenden Stirnenden gegenseitig in jeweils einem Halterahmen (28 bzw. 30) abgedichtet festgelegt sind.

5. Kreuzstrom-Wärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststofffolie (40) zur Herstellung der Plattenteile (16, 18) aus thermoplastischem Kunststoff, wie Acrylnitril-Buthadien-Styrol-Copolymere (ABS) oder Polypropylen, besteht und eine Dicke zwischen 0,15 mm und 0,50 mm, vorzugsweise 0,3 mm, aufweist.

6. Kreuzstrom-Wärmetauscher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die aus thermoplastischer Kunststoffolie (40) bestehenden Plattenteile (16, 18) zur Bildung einer Platte (14) an gegenüberliegenden Randteilen (20, 22 bzw. 20', 22') durch Schweißen, Kleben oder Druckfügen verbunden sind.

7. Kreuzstrom-Wärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Plattenteile (16, 18) an einer Vielzahl von Auflagepunkten, vorzugsweise über die ganze Plattenfläche verteilt durch Schweißen, Kleben, Druckfügen verbunden sind.

8. Kreuzstrom-Wärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stege (26) in Ihrer Längsrichtung durchgehend ausgebildet sind.

9. Kreuzstrom-Wärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Stege (26) in ihrer Längsrichtung geteilt und die Stegteilstücke (50) quer zu ihrer Längsrichtung zueinander versetzt sind.

10. Kreuzstrom-Wärmetauscher nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie eine Kunststofffolie ist und die Stege (26) aus der Kunststofffolie geformt sind, ohne dass diese an dieser Stelle durchtrennt wurde, so dass die Stege (26) in Umfangsrichtung geschlossen sind.