DE1119305B - Umlaufender Regenerativ-Waermeaustauscher mit aus Folien bestehender Fuellmasse des Rotors - Google Patents

Umlaufender Regenerativ-Waermeaustauscher mit aus Folien bestehender Fuellmasse des Rotors

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Publication number
DE1119305B
DE1119305B DEM23722A DEM0023722A DE1119305B DE 1119305 B DE1119305 B DE 1119305B DE M23722 A DEM23722 A DE M23722A DE M0023722 A DEM0023722 A DE M0023722A DE 1119305 B DE1119305 B DE 1119305B
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DE
Germany
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heat exchanger
rotor
foils
heat
regenerative heat
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Pending
Application number
DEM23722A
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English (en)
Inventor
Carl Georg Munters
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Individual
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Publication of DE1119305B publication Critical patent/DE1119305B/de
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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D19/00Regenerative heat-exchange apparatus in which the intermediate heat-transfer medium or body is moved successively into contact with each heat-exchange medium
    • F28D19/04Regenerative heat-exchange apparatus in which the intermediate heat-transfer medium or body is moved successively into contact with each heat-exchange medium using rigid bodies, e.g. mounted on a movable carrier
    • F28D19/041Regenerative heat-exchange apparatus in which the intermediate heat-transfer medium or body is moved successively into contact with each heat-exchange medium using rigid bodies, e.g. mounted on a movable carrier with axial flow through the intermediate heat-transfer medium
    • F28D19/042Rotors; Assemblies of heat absorbing masses

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Description

  • Urnlaufender Regenerativ Wärmeaustauscher mit aus Folien bestehender Füllmasse des Rotors Die Erfindung betrifft einen umlaufenden Regenerativ-Wärmeaustauscher mit einem von den wärmetauschenden Luftströmen durchströmten Rotor, dessen Füllmasse aus unter sich und parallel zu den Luftströmen verlaufenden Folien besteht.
  • Derartige umlaufende Wärmeaustauscher sind insbesondere für die Rückgewinnung des Wärmeinhalts von Abgasen bekannt. Da hierbei recht hohe Temperaturunterschiede vorhanden sind, spielt der Wirkungsgrad nur eine untergeordnete Rolle. Der Wärmeaustauscher gemäß der Erfindung soll dagegen in erster Linie für den Wärmeaustausch zwischen verbrauchter Raumluft und Frischluft dienen. Da hier der Temperaturunterschied sehr gering ist, ist ein guter Wirkungsgrad von ausschlaggebender Bedeutung.
  • Es ist bekannt, zur Erhöhung des Wirkungsgrades die beiden in Wärmeaustausch stehenden Mittel abwechselnd im Gegenstrom durch den Rotor zu führen. Hierbei treten unvermeidbare überströmverluste auf, weil jeweils ein Teil des einen Mittels in den Spalten des Rotors verbleibt und dadurch in den Strömungsweg des anderen Mittels gerät. Die überströmverluste sind um so größer, je schneller der Rotor umläuft. Gerade die überströmverluste verschlechtern aber den Wirkungsgrad.
  • Ziel der Erfindung ist es, einen umlaufenden Wärmeaustauscher zu schaffen, der trotz verhältnismäßig hoher Drehzahl des Rotors kleine Überströmverluste hat und außerdem bei kleinen Abmessungen eine große Leistungsfähigkeit und einen hohen Wirkungsgrad besitzt.
  • Dieses Ziel wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Folien aus nichtmetallischem Material von höchstens einem bis mehreren Zehntelmillimetern Stärke bestehen, deren gegenseitiger Abstand höchstens 1,5 mm, vorzugsweise aber kleiner als 1 mm ist.
  • Bei Spaltweiten von 0,4 mm werden Wärmeübergangszahlen in der Größenordnung 100 kcaFm2 h ° C erhalten. Diese sind also um ein Vielfaches größer als bei bisher in der Praxis vorkommenden Wärmeaustauschern. Infolge der dichten Unterteilung durch die Zwischenwände erhält der Rotor eine sehr große Gesamtoberfläche je Raumgehaltseinheit. Dank der hohen Wärmeübergangszahl wird der Wirkungsgrad bereits bei einer so kleinen Erstreckung der Zwischenwände in der Strömungsrichtung der Gase, wie 15 bis 50 mm, sehr hoch. Diese wiederum hat zur Folge, daß das Volumen der Spalte und damit die Menge des einen Mittels, die bei jeder Umdrehung in den Strömungsdurchgang des anderen Mittels hineingeführt wird, klein wird. Man könnte vermuten, daß bei der geringen Spaltweite gemäß der Erfindung der Strömungswiderstand allzu groß werden würde, weil ja gleichzeitig die Gasgeschwindigkeit ausreichend sein muß, um dem Wärmeaustauscher die gewünschte Leistungsfähigkeit zu erteilen. In dieser Hinsicht liegt jedoch eine günstige Wechselwirkung vor, indem die geringe Länge der Spalte den Widerstand begrenzt, so daß dieser z. B. unterhalb der Werte gehalten werden kann, bei denen störende Geräusche entstehen.
  • Dadurch, daß gemäß der Erfindung die Schichten oder Lamellen des Rotors in der Strömungsrichtung der Gase eine geringe Länge haben, wird die Wärmeleitung in ihnen zu einem wichtigen Faktor für den Wirkungsgrad des Wärmeaustauschers. Diese Wärmeleitung verursacht selbstverständlich stets einen gewissen Temperaturausgleich im Schichtenmaterial, welcher, falls das Material unendlich leitend wäre, einen Höchstwirkungsgrad von 50 1/o zur Folge haben würde. Gemäß einer weiteren die Erfindung kennzeichnenden Eigenschaft sind die Zwischenwände in einem die Wärme schlecht leitenden Werkstoff ausgeführt. Es sind Wärmeaustauscher aus Papierbändern mit einer Spaltweite von 0,4 mm und einer Bandbreite von 30 mm ausgeführt worden, wobei ein Wirkungsgrad von nahezu 90 % durch Messen festgestellt wurde. Andererseits betrug der Strömungswiderstand dank der geringen Bandbreite nur 6 mm Wassersäule bei einer Luftgeschwindigkeit von 1,5 m/sec. Die Erfindung wird nachstehend an Hand einiger in den Zeichnungen beispielsweise dargestellter Ausführungsformen näher beschrieben.
  • Fig.l zeigt einen Wärmeaustauscher zur Übertragung von Wärme zwischen zwei Gasströmen, in erster Linie Luftströmen; die Figur ist ein Schnitt nach Linie I-I der Fig. 2, die ihrerseits ein Schnitt nach der Linie II-II der Fig. 1 ist.
  • Fig. 3 ist eine Außenansicht des Apparats, teilweise im Schnitt nach der Linie 111-III der Fig. 2 und teilweise unmittelbar vor dem im Wärmeaustauscher enthaltenen Rotor.
  • Fig. 4 und 5 zeigen zwei alternative Ausführungsformen für die Zwischenwände, aus denen der Rotor aufgebaut ist.
  • Gleichwertige Teile in den verschiedenen Figuren haben dieselben Bezugszeichen erhalten.
  • In den Fig. 1 bis 3 bezeichnet 10 das Gehäuse des Apparates, das mittels eines Flansches 12 unmittelbar auf z. B. einer waagerechten Unterlage befestigt zu werden bestimmt ist. Ein Motor 14, der unmittelbar am Gehäuse befestigt sein kann, hat eine Welle 16, die zweckmäßig an ihrem inneren Ende in einer vom Gehäuse ausgehenden Hülse 18 gelagert ist und einen generell mit 20 bezeichneten Rotor trägt. Der Rotor kann eine Nabe 22 und einen äußeren Mantel 24 haben, und zwischen diesen Teilen ist dann ein spiralenförmig gewickeltes Band 26 gemäß der Erfindung untergebracht.
  • Dieses Band ist aus einem nichtmetallischen, die Wärme schlecht leitenden Werkstoff, wie Papier, Kunststoff, Asbest, Textilgewebe od. dgl., gefertigt und hat eine geringe Dicke, die höchstens 1 mm oder einige Zehntelmillimeter beträgt. Zwischen Wicklungen ist ein schmaler Spalt offengehalten, und zwar gemäß der Fig. 4 mittels kleiner Ausbauchungen 28 und in der Fig. 5 dadurch, daß das Band wellpappartig ausgebildet, d. h. aus einem glatten Teil 30 und einem gewellten Teil 32, die zweckmäßig vor der Wicklung miteinander verbunden wurden, zusammengesetzt ist. Der Abstand zwischen den Zwischenwänden 26 liegt gemäß der Erfindung in der Größenordnung zwischen 0,2 und 0,9 bis 1,0 mm und am besten bei 0,6 mm. Damit die Vorteile der Laminarströmung zu ihrem Recht kommen, darf die Spaltweite oder der Mittelabstand zwischen den Bandschichten 1,5 mm nicht übersteigen. Bei der Ausführungsform gemäß der Fig. 5. wo die gewellte Schicht 32 den Abstand zwischen den glatten Schichten 30 im Durchschnitt halbiert, kann der Abstand zwischen letzteren ungefähr das Doppelte betragen. Entscheidend für die Spaltweite ist außer unter anderem dem spezifischen Gewicht des Gases die Geschwindigkeit, mit der das Gas den Rotor durchströmt. Je größer die Spaltweite, desto länger werden für denselben Druckabiall die Spalte in der Strömungsrichaing des Gases. Die Wärmeübertragung zum b7-W. vom Band erfolg! in eifein larriinar strömenden Gas mit einer sehr hohen Wärii,übergangszahl. Wie aus der Fig. 2 ersich:'ich, erhält der Rotor im Verhältnis zu süinem Durchines@°r eine kleine axiale Breite. Diese Breite, die gleich der Länge des Strömungsweges des Gases in den Spalten ist, kann z. B. bei Wärmeaustausch zwischen verbrauchter Raumluft und frischer Außenluft so klein wie 15 bis 50 mm sein. Bei der Ausführungsform gemäß den Fig. 1 bis 3 wird der eine Gasstrom wie die verbrauchte Luft in einem Raum durch eine Leitung 34 mit Hilfe eines Gebläses 36 in eine Kammer 35 hineingedrückt. Diese Luft strömt danach durch die feinen Spalte des Rotors 20, wenn diese Spalte während des Umlaufs des Rotors die linke Hälfte des Rotors gemäß den Figuren passieren. Die Luft verläßt den Apparat durch eine Kammer 37 und eine Leitung 38. Der andere Gasstrom, im vorliegenden Fall frische Außenluft, kommt in eine Kammer 39 durch eine Leitung 40 hinein und passiert die rechte Hälfte des Rotors 20 im Gegenstrom, woraufhin sie durch eine Kammer 41, eine Leitung 42 und mit Hilfe eines Gebläses 44 in den Raum hineingeblasen wird. Die Kammern 35 und 41 sind durch eine Zwischenwand 46 und die Kammern 37 und 39 durch eine Zwischenwand 48 voneinander getrennt.
  • Die beschriebene Anordnung kann auch in solchen Fällen benutzt werden, in denen zusätzlich zum Wärmeaustausch auch ein Feuchtigkeitsaustausch stattfindet.
  • Die Länge der Spalte des Rotors in der Strömungsrichtung der Gase ist, wie aus den vorstehenden Ausführungen hervorgeht, ein bestimmender Faktor für den Wirkungsgrad des Austauschers wie auch für den Widerstand beim Durchgang der Gase durch die Spalte. Da der Wirkungsgrad bereits bei einer Spaltenlänge von 30 mm über 90 9/o sein kann, lohnt es sich in den meisten Fällen nicht, die Länge über das Doppelte bzw. Drei- bis Vierfache dieses Wertes zu vergrößern. Ein Wärmeaustauscher z. B. für Belüftungszwecke wird für eine Gasgeschwindigkeit in den Spalten des Rotors von vorzugsweise 1 bis 2,5 m/sec ausgebildet. Unter 5 m/sec liegende Gasgeschwindigkeiten erzeugen keine Geräusche störender Art. Die Geschwindigkeit des Rotors kann so hoch wie z. B. 60 Umdrehungen/Minute sein, ohne daß das unvermeidliche überströmen des einen Mittels in das andere nennenswerte Verluste verursacht.

Claims (3)

  1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Umlaufender Regenerativ-Wärmeaustauscher mit einem von den wärmetauschenden Luftströmen durchströmten Rotor, dessen Füllmasse aus unter sich und parallel zu den Luftströmen verlaufenden Folien besteht, dadurch bekennzelchnet, daß die Folien aus nichtmetallischem Material von höchstens einem bis mehreren Zehntelmillimetern Stärke bestehen, deren gegenseitiger Abstand höchstens 1,5 mm, vorzugsweise aber kleiner als 1 mm ist.
  2. 2. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Folien mit einem Stoff imprägniert sind, der sie nichthygroskopisch macht.
  3. 3. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Folicabreite, gerechnet in der Richtung des Durchströi~iangsweges, 15 bis 50 mm beträgt. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 804 010, 723 175, 54.0 358; deutsche Patentanmeldung D 9969 I a / 17f (bekanntgemacht am 20. 11. 1952); französische Patentschrift Nr. 552 370.
DEM23722A 1953-07-13 1954-07-09 Umlaufender Regenerativ-Waermeaustauscher mit aus Folien bestehender Fuellmasse des Rotors Pending DE1119305B (de)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2614601A1 (de) * 1976-04-05 1977-10-13 Ltg Lufttechnische Gmbh Regenerativer waermetauscher
DE3240598A1 (de) * 1981-11-03 1983-06-09 Northern Solar Systems, Inc., Hingham, Mass. Rotierendes waerme-rueckgewinnungs-geraet
DE3524363A1 (de) * 1984-07-10 1986-01-23 Yoshida Kogyo K.K., Tokio/Tokyo Belueftungssystem

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR552370A (fr) * 1922-05-31 1923-04-30 Réfrigérant-réchauffeur pour fluides
DE540358C (de) * 1930-05-29 1931-12-12 Hueck & Bueren Verfahren zur Belueftung von Raeumen
DE723175C (de) * 1937-05-12 1942-07-30 Erik Torvald Linderoth Waermeaustauscher mit umlaufenden Speicherkoerpern
DE804010C (de) * 1947-06-20 1951-04-16 Philips Nv Regenerator

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