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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Fig. 4 und 5 zeigen zwei alternative Ausführungsformen für die Zwischenwände,
aus denen der Rotor aufgebaut ist.
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Gleichwertige Teile in den verschiedenen Figuren haben dieselben Bezugszeichen
erhalten.
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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.
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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.
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Die beschriebene Anordnung kann auch in solchen Fällen benutzt werden,
in denen zusätzlich zum Wärmeaustausch auch ein Feuchtigkeitsaustausch stattfindet.
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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.