DE102015104959A1

DE102015104959A1 - Gegenstromplattenwärmeübertrager

Info

Publication number: DE102015104959A1
Application number: DE102015104959.7A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2015-03-31
Filing date: 2015-03-31
Publication date: 2016-10-06
Anticipated expiration: 2035-04-01
Also published as: DE102015104959B4

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Gegenstromplattenwärmeübertrager mit zueinander in definiertem Abstand angeordneten Platten, wobei durch die zwischen den Platten gebildeten Zwischenräume abwechselnd das wärmeabgebende Fluid in einer Richtung und das wärmeaufnehmende Fluid in der entgegengesetzten Richtung geführt wird. Die Erfindung sieht hierbei vor, dass das erstes Fluid den Gegenstromplattenwärmeübertrager in durch Platten gebildeten Zwischenräumen oder Stegplatten (5) in etwa geradlinig in Längsrichtung durchströmt und das zweite Fluid in etwa quer zur Strömungsrichtung des ersten Fluids seitlich in den Gegenstromplattenwärmeübertrager in kanalfreie Zwischenräume (6) geführt wird, mittels Fluidleiteinheiten (1) in einem Mittelbereich in eine parallele Gegenströmung zum ersten Fluid umgelenkt wird, um schließlich bei Austritt aus dem Gegenstromplattenwärmeübertrager mittels weiterer Fluidleiteinheiten (2) in einen ebenfalls seitlichen Austrittsbereich quer zur Strömungsrichtung des ersten Fluids umgelenkt zu werden.

Description

Die Erfindung betrifft einen Gegenstromplattenwärmeübertrager mit zueinander in definiertem Abstand angeordneten Platten, wobei durch die zwischen den Platten gebildeten Zwischenräume abwechselnd das wärmeabgebende Fluid in einer Richtung und das wärmeaufnehmende Fluid in der entgegengesetzten Richtung geführt wird.
Bei rekuperativen Wärmerückgewinnungssystemen (WRG-Systemen) erfolgt der Wärmeübertrag indirekt, da die Fluide durch Trennwände getrennt sind und die Wärmeenergie des Fluides I über die Trennwand auf das Fluid II übertragen wird.
Zur Zeit auf dem Markt bekannte WRG-Systeme sind primär Plattenwärmeübertrager mit zahlreichen parallel verlaufenden Platten, deren Zwischenräume abwechselnd von den im Wärmeaustausch stehenden Medien durchströmt werden. Eine Sonderform des Plattenwärmeübertragers ist hier der Spiralwärmeübertrager, bei dem statt ebener Platten ein spiralförmig aufgewickeltes Blech verwendet wird. Des Weiteren sind Rohrwärmeübertrager bzw. Rohrbündelwärmeübertrager gebräuchlich.
Bei der Führung der Fluide in Wärmeübertragungssystemen sind drei Grundformen zu unterscheiden. Bei Gegenstromführung, wie diese in WRG-Systemen Anwendung finden, werden die Fluide sich entgegenkommend aneinander vorbeiströmend geführt. Dies führt bei einem optimalen Wirkungsgrad dazu, dass ein Wärmeaustausch erfolgt und das ursprünglich kalte Fluid die Temperatur des ursprünglich heißen Fluides erreicht und umgekehrt. In der Praxis ist ein solcher Austausch der Temperaturen nur annähernd erreichbar.
Eine Gleichstromführung strömen die Fluide nebeneinander in gleicher Richtung, wodurch die Fluidtemperaturen sich aneinander angeglichen. Ein typisches Ergebnis wäre so eine Ausgangstemperatur, die zwischen die beiden Eintrittstemperaturen liegt. Klassische Anwendungsgebiete sind eine schnelle und sichere Kühlung eines erhitzten Fluides.
Die Kreuzstromführung von Fluides liegt in ihrem Ergebnis zwischen Gegen- und Gleichstromführung, wobei die Fluidströme ihre Richtungen kreuzen. Auf diese Weise kann mittels eines Wärmetauschers ein Fluid auf eine spezielle Temperatur gebracht werden, das heißt, eine regelbare Temperatur wird dem Temperaturaustausch der Gegenströmung vorgezogen. Auch Kombinationen dieser Grundformen sind gebräuchlich.
Durch seine Bauform (besonders Lufteintritt und Luftaustritt) ist die Produktion eines Gegenstromwärmeübertragers komplex und in Bezug auf dessen Dichtigkeit aufwendig. Gegenstromwärmeübertrager werden hierbei im Stand der Technik häufig aus Stegplatten (aktuell nur bekannt mit Polypropylen) oder Platten (Alu oder PET) gefertigt.
Im Stand der Technik sind eine Vielzahl an Bauformen von Plattenwärmeübertragern mit unterschiedlicher Fluidführung bekannt. So offenbart die Druckschrift DE 20 2008 000 496 U1 einen Plattenwärmeübertrager, bei dem in der beschriebenen Form Zwischenräume zwischen den Platten als Strömungskanäle für die Fluide gebildet sind, wobei diese Strömungskanäle zu beiden Seiten in kanalfreie Bereiche enden, die als Verteilbereiche dienen.
Die Druckschrift DE 87 14 559 U1 offenbart einen Kreuzstromwärmetauscher, der aus einem Stapel von extrudierten Stegplatten zusammengesetzt ist und dem Wärmeaustausch zwischen strömenden Medien dient. Hierbei wird in Kauf genommen, dass aufgrund des Kreuzstroms die Übertragungsleistung begrenzt ist.
Aus der Druckschrift DE 10 2009 033 157 A1 ist schließlich ein Plattenwärmeübertrager im Gegenstrom mit zueinander beabstandeten Platten offenbart, wobei die Zwischenräume jeweils so aufgeteilt sind, dass ein erster Zwischenraumbereich als "Kanalbereich" in Kanäle aufgeteilt ist und ein zweiter benachbart angeordneter Zwischenraumbereich als "kanalfreier Bereich" keine Kanäle aufweist, wobei dieser Anordnung alternierend verläuft. Hierdurch soll die Herstellung und Wirksamkeit verbessert werden und zusätzlich zu den Gegenströmen Quer- bzw. Kreuzströme entstehen, die weitere Funktionen ermöglichen. Nachteilig hierbei ist ein hoher Aufwand bei der Produktion, insbesondere um die erforderliche Dichtigkeit zu erreichen.
Vor diesem Hintergrund ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Gegenstromplattenwärmeübertrager mit zueinander in definiertem Abstand angeordneten Platten zu schaffen, der durch einen konstruktiv vereinfachten Aufbau mit erheblich geringerem Aufwand produziert werden kann. Zudem soll das Erreichen der erforderlichen Dichtigkeit, die Ableitung von Kondenswasser sowie die Reinigbarkeit des Gegenstromplattenwärmeübertragers verbessert bzw. leichter bewirkt werden. Zusätzlich zu den Gegenströmen sollen Quer- bzw. Kreuzströme bestehen können, die die Funktionalität des Gegenstromplattenwärmeübertragers erhöhen.
Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch einen Gegenstromplattenwärmeübertrager mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Die Unteransprüche haben vorteilhafte Weiterbildungen und Bauformen der Anmeldung zum Gegenstand.
In einer ersten Bauform ist der erfindungsgemäße Gegenstromplattenwärmeübertrager abgestimmt auf eine Produktion mit Stegplatten, wobei auch eine Anwendung bei einer Bauform mit stegfreien Platten möglich ist. Die Stegplatten sind hierbei bei einer ersten Bauform zur Führung des zu erwärmenden Fluids, beispielsweise von Frischluft, vorgesehen. Der erfindungsgemäß angestrebte Vorteil wird nun zum einen dadurch erreicht, dass die verwendeten Stegplatten in ihrer einfachsten Bauform mit einer Vielzahl paralleler gerader Stege verwendet werden können. Das zu erwärmende Fluid tritt an einem offenen Ende in diese Stegplatten ein, durchströmt diese geradlinig und tritt ohne Umlenkungen wieder am anderen Ende aus, was konstruktiv geringen Aufwand bedeutet.
Diese Stegplatten werden nun alternierend durch Zwischenräume getrennt in denen das wärmeübertragende Fluid geführt ist. Diese Zwischenräume sind kanal- bzw. stegfrei ausgebildet und können entweder durch zwei parallele zueinander beabstandete Platten oder durch die Stegplatten selbst gebildet sein, sofern diese durch Abstandhalter in einer definierten Distanz zueinander angeordnet sind.
Die Erfindung zeichnet sich nun insbesondere aus durch den Einsatz von Separatoren bzw. Fluidleiteinheiten im Bereich des zuvor beschriebenen kanalfreien Bereichs, da so ein gerichteter Gegenstrom realisiert werden kann. Eine Umlenkung des wärmeabgebenden Fluids durch diese Fluidleiteinheiten ist erforderlich, da die kanalfreien Zwischenräume zwischen den Stegplatten stirnseitig abgedichtet sind, so daß an beiden Stirnseiten des Gegenstromplattenwärmeübertragers lediglich die Stegplatten offen sind, nicht aber der kanalfreie Bereich, in dem das gegenströmende Fluid geführt wird.
Um nun das gegenströmende Fluid durch den Gegenstromplattenwärmeübertrager zu leiten sind ober und/oder unterseitige Öffnungen für den Zustrom und Abstrom des wärmeabgebenden Fluids vorgesehen, bspw. von Abluft. Hierbei ist erfindungsrelevant, dass diese Öffnungen wiederum nur einen Zugang zum kanalfreien Bereich der Zwischenräume zwischen den Stegplatten zulassen, da die Stegplatten oberseitig durchgehend geschlossen ausgebildet sind. Hierdurch ergibt sich konstruktiv bedingt, dass das An- und Abströmen des in den Zwischenräumen geführten Fluids in den Gegenstromplattenwärmeübertrager nicht im Gegenstrom zur Strömungsrichtung der Stegplatten erfolgen kann sondern aufgrund der Anordnung der Öffnungen auf der Ober- und/oder Unterseite quer zu dieser Strömungsrichtung erfolgen muß.
Um nun aber eine gesteuerte Gegenstromführung des Fluids in den Zwischenräumen zwischen den Stegplatten zu bewirken sind die genannten Fluidleiteinheiten in den Zwischenräumen so angeordnet, dass diese das quer zuströmende Fluid umlenken in eine parallele Richtung zu den Kanälen der Stegplatten. Die Anordnung und Ausbildung der Fluidleiteinheiten kann hierbei den Anforderungen gemäß variieren. Dies betrifft die Zahl der in der Regel in einer geraden oder bogenförmigen Linie übereinander angeordneten Fluidleiteinheiten, aber auch deren Formgebung. Diese kann gerade aber auch bogenförmig sein. Da die Fluidleiteinheiten eine Umlenkung des Fluidstromes in etwa um 90° bewirken sollen kann eine bogenförmige Ausbildung vorteilhaft sein. Es ist aber auch eine leiterartige Anordnung parallel übereinander angeordneter Stegabschnitte möglich, wie diese bei streifenartigem Schnitt einer Stegplatte anfällt.
Es ist hierbei ein Vorteil der Erfindung, dass die Fluidleiteinheiten gleichzeitig die Funktion der Abstandhalter erfüllen und so den erforderlichen Zwischenraum zwischen den Stegplatten herstellen. Dies kann wiederum je nach Ausbildung der Fluidleiteinheiten unterschiedlich erfolgen, durch leistenartig miteinander verbundene Fluidleiteinheiten wie auch durch als Einzelkörper eingesetzte Fluidleiteinheiten.
Im Falle einzeln angeordneter Fluidleiteinheiten ergibt sich zudem die Möglichkeit einer vorteilhaften Bauform darin, diese Fluidleiteinheiten direkt einseitig auf der Seitenwandung der Stegplatten bzw. Platten anzuordnen. Auf diese Weise wird ermöglicht, die Stegplatten bzw. Platten mit aufgesetzten Fluidleiteinheiten so zu produzieren, dass nur eine Bauform erforderlich ist, die zu einem Paket zusammengefügt den Gegenstromplattenwärmeübertrager bildet. Die Fluidleiteinheiten sitzen einseitig auf einer ersten Stegplatte bzw. Platte auf, auf der nun eine zweite Stegplatte bzw. Platte mit ihrer glatten Seitenwandung aufgesetzt wird. Der so gebildete Zwischenraum wird so durch die an der ersten Stegplatte angeordneten Fluidleiteinheiten geöffnet, die gleichzeitig in der für ihre Funktion erforderlichen Position im kanalfreien Zwischenraum angeordnet sind. Die aufgesetzte zweite Stegplatte wiederum weist an ihrer der ersten Stegplatte abgewandten Seitenwandung identisch ausgebildete und angeordnete Fluidleiteinheiten auf, die wiederum die konstruktive Grundlage für den nächsten parallelen kanalfreien Zwischenraum bilden und so fort.
Die Fluidleiteinheiten können aus diagonal ausgeschnittenen Stegen aus Doppelstegplatten oder aus speziell für den Tauscher entwickelten Fluidleitern gefertigt werden, die auch in runder Ausführung ausgebildet werden können.
Hier sind die Fertigungskosten im Vergleich zu den zu erreichenden Wirkungsgraden in Relation zu setzen. Für den zu erreichenden Wirkungsgrad ist auch die Optimierung des Neigungswinkels von großer Bedeutung. Zu erwarten ist, dass der optimalere Wirkungsgrad mit runden Fluidleiteinheiten bzw. Separatoren erreicht wird.
Die einströmende Luft in den Kanalfreien Bereich AN wird durch die Fluidleiteinheiten etwas abgebremst, so dass im Bereich AN ein sogenannter Druckkanal erreicht wird und so durch alle Kanäle der Fluidleiteinheiten die Strömung gleichmäßig erfolgt, wodurch ein gleichmäßiges Strömungsprofil im kanalfreien Zwischenraum nach der Anströmkammer AN und den Fluidleiteinheiten bzw. Separatoren erreicht wird. Dieses gleichmäßige Strömungsprofile wird durch die zweiten Fluidleiteinheiten bzw. Separatoren unterstütz. Durch Neigung der Lamellen der zweiten Fluidleiteinheiten kann das Austreten des Fluids in Richtung der Abströmkammer AB verbessert werden.
Ein weiter positiver Effekt der Fluidleiteinheiten ist die Verbesserung bei der Abscheidung von Kondenswasser aus dem wärmeabgebenden Fluid, was insbesondere bei einer Befeuchtung des Fluides für eine adiabatische Kühlung erforderlich wird, womit beim Fluidaustritt aus dem WRG-System kein Kondenswasser zu erwarten ist. Dadurch können zusätzliche druckerhöhende Einbauten im Lüftungsgerät, wie zum Beispiel Tropfenabscheider, entfallen. Bei einer adiabatischen Kühlung durch Abluftbefeuchtung mit Wärmerückgewinnung wird die Abluft durch den Befeuchter zunächst maximal befeuchtet und damit maximal abgekühlt, wobei je nach Befeuchtertyp relative Feuchten bis zu 95 Prozent möglich sind. Die abgekühlte Abluft wird dann über ein Wärmerückgewinnungssystem (WRG) geleitet, das mit dem Zuluftstrom verbunden ist. Durch das WRG-System wird dem Zuluftstrom Wärme entzogen und durch den Abluftstrom aufgenommen, wodurch sich der Zuluftstrom abkühlt (Kälterückgewinnungssystem).
Eine durchgängige Reinigbarkeit des Gegenstromplattenwärmeübertragers auf beiden Luftwegen zur Erfüllung der Vorgaben bestehender Hygiene-Normen ist durch die erfindungsgemäße Bauform ebenfalls gegeben, wodurch dieser Gegenstromplattenwärmeübertrager gegenüber den bekannten Wärmetauschersystemen einen erheblichen Vorteil hat. Erreicht wird dies insbesondere durch die Ausbildung der kanalfreien Zwischenräume, da diese als beispielsweise Abluft abführende Bereiche einen deutlich erhöhten Reinigungsbedarf aufweisen, beispielsweise bei einer Abfuhr von Küchenabluft. Da die Zwischenräume kanalfrei ausgebildet sind ist es leicht realisierbar, durch eine oberseitige Zufuhr von Reinigungsmitteln diese Zwischenräume von Rückständen zu befreien.
Durch Einbau von Separatoren bzw. Fluidleiteinheiten ist ein erheblich vereinfachter Bau des Gegenstromplattenwärmeübertragers möglich. Mit erheblich geringerem Aufwand kann die angestrebt hohe Dichtheit erreicht werden, da nur die Stirnseiten des Gegenstromplattenwärmeübertragers absolute Dichtheit aufweisen müssen, um die kanalfreien Zwischenräume gegenüber den Stegplatten abzudichten. Der Verteilbereich bei der erfindungsgemäßen Lösung ist hierbei im Gegenstromplattenwärmeübertrager selbst integriert.
Ein weiteres vorteilhaftes Merkmal ist, dass der Gegenstromplattenwärmeübertrager geneigt bzw. gekippt im Lüftungsgerät eingebaut wird. Es ist grundsätzlich der Einbau der Separatoren bzw. Fluidleiteinheiten lediglich im Zwischenraum des kanalfreien Bereichs (Konstruktion mit Stegplatten), als auch ein Einbau von Separatoren bzw. Fluidleiteinheiten in beiden Luftwegen möglich bei einer Konstruktion mit Platten. Im kanalfreien Bereich kann eine Querströmung mit z.B. anderen Fluiden erfolgen. Verbunden mit dem gekippten Einbau ist das Abführen von z.B. flüssigen Fluiden einfach gelöst, da die Neigung den Abfluss befördert.
Durch die Fluidleiteinheiten wird ein gerichteter Gegenstrom im Tauscher erreicht. Dadurch wird bei geringen Abmessungen ein hoher Wärmeübertragungswirkungsgrad verbunden mit geringen Produktionskosten erzielt, bei gleichzeitiger Einhaltung der Hygieneanforderungen.
Des Weiteren ist es vorteilhaft bei diesem Gegenstromplattenwärmeübertrager, dass in den kanalfreien Zwischenräumen ein flüssiges Fluid quer oder gegen die Luftrichtung geführt werden kann. Der Gegenstromplattenwärmeübertrager ermöglicht so durch Einbau zusätzlicher schwenkbarer Klappen die Reduzierung bzw. Regelung der Wärmerückgewinnung, sowie die Möglichkeit Eisbildung im Wärmetauscher zu vermeiden oder zu entfernen, je nach Position der beweglichen Klappen.
Durch Entfernen von Abdeckplatten oberhalb und unterhalb des Gegenstromplattenwärmeübertrager ist eine durchgängige Reinigung des kanalfreien Bereiches möglich wie bereits ausgeführt.
In einer vorteilhaften Ausbildung der Erfindung sollte der Gegenstromplattenwärmeübertrager im Lüftergehäuse so eingebaut werden, dass mindesten 25% der Gesamthöhe des Lüfters für die An- und Abströmung des kanalfreien Bereiches des Wärmetauschers gegeben ist. Die Länge des Gegenstromplattenwärmeübertragers ist hierbei maßgeblich für den Wirkungsgrad. Die Fluidleiteinheiten sind so angeordnet, dass ein Gegenstrom realisiert wird (Fluideintritt) und der Fluidstrom gerichtet zum Luftaustritt geführt wird (Fluidaustritt). Der Gegenstromplattenwärmeübertrager kann aus beabstandeten Stegplatten oder Platten aus Kunststoff und Metallen (vorzugsweise Alu) gefertigt werden (je nach Lufttechnischer Anwendung).
Eine weitere alternative Bauform realisiert eine andere Anordnung des Gegenstromplattenwärmeübertragers im Lüfter wie auch eine abweichende Führung des Fluids im kanalfreien Zwischenraum. Hier ist vorgesehen, den ebenfalls geneigt im Lüftergehäuse angeordneten Gegenstromplattenwärmeübertrager sowohl abluft- wie auch zuluftseitig mit einem Bypass zu versehen. Vorteil dieses Aufbaues ist die Möglichkeit des Bypasses des Abluftfluides sowie des Zuluftfluides über Bypassklappen, so dass der Gegenstromplattenwärmeübertrager auf die volle Gerätetiefe (ohne Bypasskanal) gebaut werden kann. Durch den asymmetrischen Gegenstrom auf der Abluft, kann der Wirkungsgrad gegenüber dem zuvor beschriebenen Aufbau geringer sein.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 einen seitlichen Schnitt durch den Gegenstromplattenwärmeübertrager bei einer Konstruktion mit Stegplatten,
2 einen Schnitt E-E durch einen vertikalen kanalfreien Zwischenraum im Gegenstromplattenwärmeübertrager in seitlicher Ansicht,
3 den Gegenstromplattenwärmeübertrager in einer geschnittenen Draufsicht mit Stegplatten 5 und Abdichtung 6 sowie den Separatoren 1 und 2,
4 die obere Abdeckung des Gegenstromplattenwärmeübertragers,
5 einen Schnitt D-D durch eine vertikale Stegplatte im Gegenstromplattenwärmeübertrager in seitlicher Ansicht,
6 den Gegenstromplattenwärmeübertrager in seitlichem Schnitt von der Stirnseite aus als Model mit Stegplatten 5 mit den eigezeichneten Schnittlinien D-D und E-E,
7 eine alternative Bauform mit zusätzlichen Klappen mit Bypassfunktion,
8 einen Schnitt E-E durch den vertikalen kanalfreien Zwischenraum im Gegenstromplattenwärmeübertrager nach 7 in seitlicher Ansicht,
9 einen Schnitt E-E durch den vertikalen kanalfreien Zwischenraum im Gegenstromplattenwärmeübertrager nach 7 mit alternativen Fluidleiteinheiten in seitlicher Ansicht sowie
10 einen Schnitt E-E durch den vertikalen kanalfreien Zwischenraum im Gegenstromplattenwärmeübertrager nach 1 mit alternativen Fluidleiteinheiten in seitlicher Ansicht.
In 1 ist der Gegenstromplattenwärmeübertrager bei einer Konstruktion mit Stegplatten dargestellt, wobei mit Buchstabe A der Lufteintritt in den kanalfreien Zwischenraum zwischen den Stegplatten bezeichnet ist. Das Fluid durchströmt nach dem Zustrom in den Gegenstromplattenwärmeübertrager quer zur Strömung in den Stegplatten erst die Fluidleiteinheite 1 für die Umlenkung der Luftführung zum Gegenstrom, durchströmt dann die Fluidleiteinheit 2 und erfährt eine Umlenkung hin zum Gegenstromplattenwärmeübertrageraustritt und tritt dann wiederum quer zur Strömung in den Stegplatten aus dem Gegenstromplattenwärmeübertrager aus.
Mit B ist sowohl der Fluideintritt in als auch der Fluidaustritt aus den Stegplatten bezeichnet. Hierbei wird deutlich, dass eine vollkommen geradlinige Führung des Fluids durch die Stegplatten erfolgt, wodurch die konstruktiven Anforderungen an deren Ausbildung gering sind. Im mittleren Bereich 9 des kanalfreien Zwischenraumes findet durch die Umlenkung der Fluidleiteinheiten 1 ein Gegenstrom mit idealer Wärmeübertragung zwischen den Fluiden statt.
Ein flüssiges Fluid FL kann in die kanalfreien Zwischenraum eingebracht werden und fließ so zumindest partiell auch gegen die Fluidströmrichtung A. So sind beispielsweise automatische, zyklische Reinigungen z.B. mit Reinigungsmitteln möglich, womit dieser Gegenstromplattenwärmeübertrager trotz seines hohen Grades der Wärmerückgewinnung auch für Küchenlüftung einsetzbar ist, da gerade hier der Verunreinigung durch Küchenabluft mit einer regelmäßigen Reinigung zu begegnen ist.
Durch eine oder mehrere Klappen 3 kann der Wärmerückgewinn je nach Bedarf auch reduziert werden, da so ein Strömungsanteil einer Kreuzströmung zureguliert werden kann. Der Bereich des kanalfreien Zwischenraumes der zwischen den Fluidleiteinheiten 1 und 2 liegt wird in der dargestellten Bauform oberseitig für einen Zustrom des wärmeabgebenden Fluides geöffnet. Dieses würde bei der Anordnung nach 1 quer zuströmen, um über die Fluidleiteinheit 2 umgelenkt wieder aus dem Gegenstromplattenwärmeübertrager auszutreten. Dieser Effekt der Querströmung kann allerdings noch weiter verstärkt werden durch die Öffnung einer weiteren unterseitigen Klappe 4, da nun auch eine Strömung vollständig quer über den Mittelbereich des kanalfreien Zwischenraumes erfolgen kann. Diese Klappe 4 wirkt in geschlossenem Zustand gleichzeitig als Bodenwanne zur Abfuhr beispielsweise von Kondenswasser.
Im Eintritt A des Gegenstromplattenwärmeübertragers kann eine adiabatische Verdunstungskühlung ADI o.ä. eingebaut werden. Die Wasserableitung erfolgt über die Fluidleiteinheit 1 und über eine Bodenwanne 4, die zur Reinigung des Gegenstromplattenwärmeübertragers entfernt werden kann.
6 zeigt den Gegenstromplattenwärmeübertrager von dessen Stirnseite, wobei eine Bauform mit Stegplatten 5 dargestellt ist. Die Zahl der parallelen Platten sowie deren Ausbildung ist hierbei lediglich beispielhaft zu sehen. Der Bereich 6 ist hermetisch abgedichtet und verschließt stirnseitig die kanalfreien Zwischenräume zwischen den Stegplatten.
Es sind des Weiteren Schnittlinien D-D und E-E eingezeichnet, die sich auf die weiteren 2 und 5 beziehen. 2 zeigt hierbei den Schnitt durch einen kanalfreien Zwischenraum 6. Es wird deutlich, dass das Fluid oberseitig in den mit AN gezeichneten Raum in Pfeilrichtung A quer einströmt, dann auf die Fluidleiteinheit 1 trifft und von dieser in den Gegenstrom A im Mittelbereich umgelenkt wird, um abschließend mittels Fluidleiteinheit 2 wiederum etwa 90° umgelenkt aus dem Bereich AB wieder auzutreten.
Der Vergleich von 5 hierzu macht sowohl den einfachen Aufbau des Gegenstromplattenwärmeübertragers deutlich als auch die Besonderheit der Fluidführung. In der vorliegenden Bauform als Stegplatte durchströmt das zweite Fluid diese geradlinig, wie dies durch die Pfeile B gekennzeichnet ist. Die Stegplatten 5 sind hierbei wie auch in 6 erkennbar auf beiden Stirnseiten offen ausgebildet, während die kanalfreien Zwischenräume 6 hermetische Abdichtungen 7 aufweisen.
3 zeigt den Gegenstromplattenwärmeübertrager in der Draufsicht, wobei die Stegplatten 5, stirnseitigen Abdichtungen 6 und die Fluidleiteinheiten 1 und 2 erkennbar sind.
4 zeigt die obere Abdeckung 3, die auf dem Gegenstromplattenwärmeübertrager angebaut wird und in Relation zu 3 den Bereich rechts der Separatoren 1 bis zur rechten Abdichtung 6 abdeckt. Diese Abdeckung kann einteilig oder aus zwei Klappen gebildet ausgeführt werden, um damit durch Öffnen der Klappen bzw. der Abdeckung den Tauscherwirkungsgrad zu verringern, oder die Eisbildung zu vermeiden oder zu entfernen.
Der Gegenstromplattenwärmeübertrager wird aus Stegplatten 5 oder Platten gefertigt. Durch die Bereiche A und B werden die wärmeaustauschenden Fluide geführt. Die Fluide werden durch Kanäle (Konstruktion mit Stegplatten) und mit Fluidleiteinrichtungen (Kanalfreie Bereiche (Konstruktion mit Platten) im Gegenstrom geführt.
Durch diese Konstruktion des Gegenstromplattenwärmeübertragers ist nur auf einer Seite ein Anström- bereich AN und auf der anderen Seite ein Abströmbereich AB für das wärmeübertragende Fluid gegeben. In diesen Bereichen erfolgt der Wärmeaustausch nicht im Gegenstrom sondern im Kreuz- bzw. Querstrom, der im Wirkungsgrad geringer ist als der eigentliche Gegenstrom.
Durch die gekippte Anordnung des Gegenstromplattenwärmeübertragers ist das Ableiten von z.B. Kondenswasser sehr einfach gegeben. Dieses kann in einem Auffangbehälter 10 am Tiefsten der Vorrichtung gesammelt und bspw. einem Kreislauf 11 zur adiabaten Kühlung zugeführt oder lediglich abgeführt werden. Kühlsysteme mit adiabatischer Verdunstungskühlung können durch diese Anordnung des Gegenstromplattenwärmeübertragers realisiert werden, wobei Umlaufsysteme möglich sind.
Durch das Entfernen der Abdeckungen 3 und 4 oberhalb und unterhalb des Gegenstromplattenwärmeübertragers ist eine durchgängige Reinigung mit Ableitung des Schmutzwassers möglich. Hierdurch ist die angesprochene automatisch-zyklische Reinigung und so auch eine Nutzung im Bereich konstant verunreinigter Ablüfte, beispielsweise von Küchenablüften, möglich.
7 zeigt die alternative Bauform mit einer gegenüber 1 abweichenden Anordnung des Gegenstromplattenwärmeübertragers im Lüfter wie auch einer abweichenden Führung des Fluids im kanalfreien Zwischenraums 6. Hier ist vorgesehen, den ebenfalls geneigt im Lüftergehäuse 12 angeordneten Gegenstromplattenwärmeübertrager sowohl abluft- wie auch zuluftseitig mit Bypassen 8 zu versehen. In der dargestellten Bauform sind die Bypasse 8 aus mehreren übereinander in einem Rahmen angeordneten Klappen 13 zusammengesetzt, so daß die Intensität des Bypasses 8 durch die Öffnung dieser Klappen 13 genau gesteuert werden kann.
Vorteil dieses Aufbaues ist die Möglichkeit des Bypasses 8 des Abluftfluides sowie des Zuluftfluides über Bypassklappen 13, so dass der Gegenstromplattenwärmeübertrager auf die volle Gerätetiefe (ohne Bypasskanal) gebaut werden kann. Durch den asymmetrischen Gegenstrom auf der Abluft, kann der Wirkungsgrad gegenüber dem zuvor beschriebenen Aufbau geringer sein.
Eine weitere Unterscheidung liegt darin, dass der Gegenstromplattenwärmeübertrager für die kanalfreien Zwischenräume 6 die Öffnungen zum Bereich AN und AB beide oberseitig aufweist, da so die Bypassführung für diesen Fluidstrom ebenfalls oberseitig erfolgt. Der Bypass 8 ist hierfür als Verbindungskörper zwischen dem Lüftergehäuse 12 und dem Gehäuse des Gegenstromplattenwärmeübertragers angeordnet.
Analog hierzu ist der Bypass 8 für den zweiten Fluidstrom unterseitig auf der Höhe des Fluideintritts in den Gegenstromplattenwärmeübertrager angeordnet, wodurch dieser Bypasskanal über die Länge des Gegenstromplattenwärmeübertragers unterseitig verläuft.
Die 8 bis 10 zeigen unterschiedliche Ausbildungen der Fluidleiteinheiten 1 und 2 in den kanalfreien Zwischenräumen 6. Neben der geradlinigen Anordnung der 2 und 8 sind auch bogenförmige Anordnungen in den 9 und 10 dargestellt. Hierbei ist sowohl die Anordnung der einzelnen Führungselemente 14 der Fluidleiteinheiten 1 und 2 bogenförmig als auch die Führungselemente 14 selbst. Auch der Abstand der Führungselemente 14 zueinander und deren Länge ist gegenüber denen in 8 vergrößert.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 202008000496 U1 [0008]
DE 8714559 U1 [0009]
DE 102009033157 A1 [0010]

Claims

Gegenstromplattenwärmeübertrager mit zueinander in definiertem Abstand angeordneten Platten, wobei durch die zwischen den Platten gebildeten Zwischenräume abwechselnd das wärmeabgebende Fluid in einer Richtung und das wärmeaufnehmende Fluid in der entgegengesetzten Richtung geführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass – das erstes Fluid den Gegenstromplattenwärmeübertrager in durch Platten gebildeten Zwischenräumen oder Stegplatten (5) in etwa geradlinig in Längsrichtung durchströmt und – das zweite Fluid in etwa quer zur Strömungsrichtung des ersten Fluids seitlich in den Gegenstromplattenwärmeübertrager in kanalfreie Zwischenräume (6) geführt wird, – mittels Fluidleiteinheiten (1) in einem Mittelbereich in eine parallele Gegenströmung zum ersten Fluid umgelenkt wird, – um schließlich bei Austritt aus dem Gegenstromplattenwärmeübertrager mittels weiterer Fluidleiteinheiten (2) in einen ebenfalls seitlichen Austrittsbereich quer zur Strömungsrichtung des ersten Fluids umgelenkt zu werden.
Gegenstromplattenwärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gegenstromplattenwärmeübertrager gekippt im Gehäuse (12) eines Lüftungsgerät eingebaut ist, so dass die Zuluft diesen geneigt zur Horizontalen durchströmt.
Gegenstromplattenwärmeübertrager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abscheidung von Kondenswasser im Bereich der Fluidleiteinheiten (1) erfolgt.
Gegenstromplattenwärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine seitlich schwenkbare Klappe (3, 4) am Gegenstromplattenwärmeübertrager angeordnet ist, die eine seitliche Öffnung der kanalfreien Zwischenräume für die Regelung der Wärmerückgewinnung ermöglicht.
Gegenstromplattenwärmeübertrager nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die kanalfreien Zwischenräume mittels beweglicher Abdeckplatten oberhalb und unterhalb des Gegenstromplattenwärmeübertragers zugänglich sind und so eine durchgängige Reinigung der kanalfreien Zwischenräume möglich macht.
Gegenstromplattenwärmeübertrager nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gegenstromplattenwärmeübertrager im Gehäuse des Lüftungsgerätes so eingebaut ist, dass mindesten 25% der Gesamthöhe des Lüftungsgerät für die An- und Abströmung des kanalfreien Bereiches des Gegenstromplattenwärmeübertrager gegeben ist.
Gegenstromplattenwärmeübertrager nach nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Eintrittsbereich (A) des Gegenstromplattenwärmeübertragers eine Vorrichtung zur adiabatische Verdunstungskühlung eingebaut ist.
Gegenstromplattenwärmeübertrager nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die kanalfreien Zwischenräume (6) zur Führung des zweiten Fluids mittels Dichtungen (7) stirnseitig hermetisch abgedichtet sind.
Gegenstromplattenwärmeübertrager nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der im Lüftergehäuse (12) angeordneten Gegenstromplattenwärmeübertrager in beiden Strömungsrichtungen mit Bypassen (8) versehen ist, die zwischen dem Gegenstromplattenwärmeübertrager und dem Lüftergehäuse (12) angeordnet sind.
Gegenstromplattenwärmeübertrager nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Bypasse (8) aus mehreren übereinander in einem Rahmen angeordneten Klappen (13) zusammengesetzt sind.
Gegenstromplattenwärmeübertrager nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidleiteinheiten (1, 2) geradlinig und/oder bogenförmig angeordnet und/oder ausgebildet sind.
Gegenstromplattenwärmeübertrager nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidleiteinheiten (1, 2) in gleichbleibendem oder variierenden Abstand zueinander angeordnet sind.
Gegenstromplattenwärmeübertrager nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidleiteinheiten (1, 2) als etwa leistenartiger Einsatz oder als einzelne Führungselemente (14) eingesetzt sind.
Gegenstromplattenwärmeübertrager nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelne Führungselemente (14) der Fluidleiteinheiten (1, 2) einseitig direkt auf einer Seitenwand einer Stegplatte (5) bzw. Platte befestigt sind, wobei sich durch die Zusammensetzung der Stegplatten (5) bzw. Platten die kanalfreien Zwischenräume (6) durch die Führungselemente (14) als Abstandhalter bilden.