DE1751696A1 - Regenerativer Waerme- bzw.Feuchtigkeitsaustauscher fuer zwei Gasstroeme - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE

dr.ing. H. NEGENDANK · dipi^-ing. H. HAUCK · dipl.-phys. W. SCHMITZ

HAMBURG-MÜNCHEN ZUSTELLUNGSANSCHRIFT; HAMBURG 86 ·

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Oarl Georg Munters "^11!GB· nkgkdapatknt Hamburg

Zivilingenieur München is- mozartstr. 23

TEL.5380586

TBiEQR. NKGKDAPATBNT MÜNCHEN

Bengt Färgaresväg 1,
Stocksund/Schweden

Hamburg, den 11. Juli I968

Regenerativer Wärme- "bzw. Feuchtigkeitsaustauscher für zwei Gasströme

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen regenerativen Wärme- und/oder Feuchtigkeitsaustauscher für zwei Gasströme, einen Primärstrom und einen Sekundärstrom, der einen aus einem Übertragungsmittel bestehenden oder ein solches enthaltenden Umlaufkörper oder Rotor mit in axialer Richtung offenen Kanälen oder Durchlässen umfasst und durch den die beiden Gasströme in voneinander getrennten Zonen hindurchgehen, wobei an dem Übergang des Rotors von der Sekundärgaszone zu der Primärgaszone eine Reinblaszone vorgesehen ist, in welcher in den Durchlässen des Rotors verbliebenes Sekundärgas mit Hilfe von " Primärgas in die Sekundärzone hinausgeblasen wird.

Das Primärgas kann Frischluft sein, die in einen Raum zu dessen Ventilierung eingeführt wird und in dem Austauscher Wärme und Feuchtigkeit mit der verbrauchten Raumluft, die somit den Sekundärgas strom bildet, austauscht. In dem Augenblick, wo ein Teil des Rotors die Sekundärzone verlässt, sind seine Durchlässe mit verbrauchter Luft gefüllt, die man nicht mit der Frischluft zusammen in den Raum mitfolgen lassen will

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und die man deswegen mit dem Sekundärgasstrom ins Freie entweichen lassen möchte.

Bei der Ventilierung von Räumen wird im allgemeinen angestrebt, dem Raum dieselbe Frischluftmenge zuzuführen, wie verbrauchte Luft aus ihm austritt. Man war bei bisher bekannten Abführungen gezwungen, bei der Bestimmung und Einregulierung der luftmengen durch den Rotor auf die Störung der Luftverteilung Rücksicht zu neehmen, die durch die Reinblaszone entsteht, wenn die φ Frimärluft an der einen Endfläche des Rotors, in axialer Richtung gesehen mit der Sekundärluft an der entgegengesetzten Endfläche des Rotors über die Einblaszone in unmittelbarer. Verbindung gestanden hatte. Berechnungen für den Ausgleich der Störung lassen sich freilich anstellen, sind jedoch verhältnismässig umständlich und bleiben trotz allem unsicher, was eine erhebliche Schwierigkeit bei der Einregulierung von Austauscheranlagen darstellt. Gemäss der Erfindung wird nun der Austauscher mit einer Reinblaseinrichtung versehen, die dadurch gekennzeichnet ist, dass sie mit einem Reinblasdurchlass versehen ist, der eine Einblaszone aufweist, und dass die zu den Primärgas- und Sekundärgaszonen offenen Ein- und Auslässe des Reinblasdurchlasses an derselben Endfläche des Rotors münden und miteinander über den Rotor in Verbindung stehen.

Sie Reinblaszone wird somit in zwei Teile aufgeteilt, die vorteilhaft gleich gross ausgeführt werden und die herbeiführen, dass bei der Ausgleichung der Primär- und Sekundärluftströme auf die Reinblasluft keine Rücksicht genommen zu werden braucht.

Wenn somit die verbleibende wirksame frontfläche dee

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Rotors in den beiden Zonen gleich, gross ist und das Druckgefälle durch, diese Zonen auf denselben Wert eingestellt wird, werden selbsttätig die gleichen Luftmengen über die Zonen durch den Austauscher hindurchgehen, und damit erhält man ein Gleichgewicht zwischen den dem ventilierten Raum zugeführten und aus ihm weggeführten Luftmengen. Je nach den örtlichen Verhältnissen kann beliebig eine der beiden Zonen in dem Austauscher an die Prischluftseiteoder an die Verbrauchtluftseite angeschlossen werden. Man braucht nur die TJmlaufrichtung des Rotors so zu wählen, dass die R_einblaszone auf der richtigen Seite zwischen den Zonen zu liegen kommt.

Die Erfindung schafft ausserdem eine Lagerung für den Rotor, die in der Herstellung einfach und billig ist, einen einfachen Ein- und Ausbau gestattet und trotzdem die richtige Lage des Rotors sicherstellt, ferner eine Dichtung, die in ihrer Ausführung einfach ist, sich leicht einbauen lässt und die für ihre richtige Wirkung keine grössere Genauigkeit in Bezug auf die Ausformung des den Rotor umgebenden ortsfesten Gehäuses erfordert. Schliesslich wird durch die Erfindung ein Rotor geschaffen, der aus Schichten aufgebaut ist, wobei die Schichten zu Sektoren zusammengeführt sind, die miteinander verleimt sind, was die Herstellung auch von Rotoren mit sehr grossen Durchmessern ermöglicht.

Div Austauscher lässt sich auch als Trockner ausgestalten, v/obei der Primärstrom die zu trocknende Luft darstellt, während der Sekundärstrom aus Regenerierluft oder -gas besteht, das auf eine überhöhte Temperatur erwärmt wird, derart, dass es imstande

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ist, die Feuchtigkeit zu entfernen, die das Überführungsmittel des Rotors, vorzugsweise seine Schichten, in der Primärluftzone aufgenommen hat.

Die Erfindung soll nachstehend unter Bezugnahme auf eine in den beigefügten Zeichnungen beispielsweise gezeigte Ausführungsform näher beschrieben werden, und hierbei sollen auch weitere, die Erfindung kennzeichnende Merkmale angegeben werden.

Die Fig. 1 ist eine schaubildliche Ansicht eines gemäss der Erfindung ausgeführten Austauschere für Ventilationszwecke mit gewissen Teilen weggeschnitten gedacht.

Die Fig. 2 zeigt den Austauscher mit seinen ortsfesten Teilen in einem oberhalb der Achse des Rotors gelegten waagerechten Schnitt.

Die Fig. 3 zeigt einen Teil des Rotors, einen ortsfesten !Teil des Gehäuses des Austauschere und eine zwischen diesen Teilen W vorgesehene Dichtung in Querschnitt.

Die Fig. 4 zeigt einen Teil des Gehäuses und die Nabe des Rotors in Längsschnitt.

Die fig. 5 ist eine schaubildliche Ansioht der Dichtungen auf beiden Seiten des Rotors.

Die Fig. 6 veranschaulicht, wie der Rotor aus Sektoren aufgebaut wird, die aus viereckigen Blöcken ausgeschnitten werden.

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In den Zeichnungen ist ein ortsfestes, generell mit Io bezeichnetes Gehäuse eines Austauschers für Yentilationszwecke aus zwei zueinander parallelen Stirnstücken 12, 14 zusammengesetzt, die miteinander um die Kanten herum durch mittels Bolzenverbänden 15 abnehmbar angebrachten Blechen 16, 18 miteinander verbunden sind. Die Stirnstücke haben einander gegenüberliegende kreisrunde Öffnungen 19 (Pig. l), die durch Speichen 2o, deren Anzahl im vorliegendem Ausführungsbeispiel vier beträgt und die um 90 gegeneinander versetzt sind, in Sektoren aufge-teilt sind. Die Öffnungen sind in dem Ausführungsbeispiel lotrecht in zwei gleich grosse Hälften aufgeteilt, durch welche auf der einen Seite die eintretende !Frischluft und auf der anderen Seite die austretende, verbrauchte Raumluft hindurchgeht. Auf den Stirnstücken 12, 14 sind dabei Anschlussrohrstücke befestigt, die ihrerseits mit zu und von dem Raum bzw. der freien Aussenluft führenden Kanälen in Verbindung stehen. Ein solches auf dem Stirnstück 14 sitzendes Rohrstück 22 vermittelt den Anschluss des Austauschers an den Raum und wird von der verbrauchten Luft gemäss dem Pfeil 24 (Pig. 2 ) durchstrichen. Das andere Stirnblech 12 trägt ein Rohrstiöc 26, das eine Portsetzung des Durchlasses oder der Zone für die verbrauchte Luft oder die Sekundärluft bildet. Die Frischluft wird durch ein Rohrstück 28 in den Austauscher eingeleitet und tritt aus diesem durch ein Rohretück 3o in den Raum ein. Diese Rohrstücke können längliche, viereckige ϊογπι haben, wie aus der Pig. I ersichtlich ist.

In dem von den Stirastücken 12, 14 und den Blechen 16, 18 abgegrenzten Raum ist ein Umlaufkörper oder Rotor 32 untergebracht,

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der eine Nabe 34 und einen um diese herum angebrachten ringförmigen Körper hat, der seinerseits aus Schichten zusammengesetzt ist, welche enge, in «Tial er Richtung durchgehende Spalten oder Kanäle bilden. Um diesen Körper ist über seinen Aussenumfang ein Band 36 gelegt. Die Ausführung der Schichten soll weiter unten näher bescbieben werden.

Die Nabe 34 ist mittels zweier Kugellager 38 (Pig. 4) auf einem nicht-umlaufenden Lagerzapfen 4o gelagert, der einseitig an dem einen Stirnstück 14 befestigt ist, dessen Speichen 2o mit Endblechen 42 und 44 und einem ringförmigen Flansch 43 zu · diesem Zweck an eine Mittelplatte 41 angeschlossen sind. Der Lagerzapfen 4o ist mit einer kreisrunden Platte 45 fest verbunden, und diese wird ihrerseits an dem Endblech 44 zentriert und an dieses festgedrückt, indem ein durch die Hittelplatte 41 hindurchtretender Bolzen 48 in den lagerzapfen 4o eingeschraubt wird.

Die Nabe 34 ist axial gegenüber dem Zapfen 4o durch die im Verhältnis zu den Lagern verschiebbare Hülse 46 verstellbar. Die Hülse 46 wird in gewünschter Lage an einer zwischen den Lagern vorgesehenen Abstandshülse 49 mittels einer von aussen durch öffnungen 51 in dem einen Endblech der labe 34 zugänglichen Schraube 5o festgesetzt. Auf die Aussenseite des äusseren Lagers 3o ist ein Stoppring 52 auf den Achszapfen 4o aufgeschraubt .

Diese Lagerung gestattet einen einfachen Einbau und Auebau des

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Rotors. Der Rotor wird mit Hilfe nur einer einzigen Schraube befestigt bzw. gelöst, und weil die Endflächen der Nabe überhaupt nicht oder höchstens unbedeutend über die ebenen Endflächen des Rotors hinausragen, lässt sich der Rotor in das Gehäuse einschieben und aus ihm herausnehmen, nachdem die Gehäusebleche 18 auf der einen Seite abgenommen worden sind. Die einseitige Lagerung bringt ferner den Vorteil mit sich, dass die Rotorachse stets eine feste Lage im Verhältnis zu der Endfläche einnimmt, an der eie befestigt ist. Eine geringe Verschiebung der beiden Stirnatüeke im Verhältnis zu einander wäh- % rend Transport oder Zusammenbau des Austauschers wird dadurch zulässig, ohne dass der Rotor dadurch schräggestellt wird und Gefahr läuft, sich festzuklemmen.

Um die Kanten des Rotors herum und zwischen den beiden Zonen in dem Austauscher sind Dichtungen vorgesehen, wie am besten aus den Pig. 3 und 5 ersichtlich ist. Sie sind an den Endblechen befestigt und arbeiten mit den ebenen, von den Schichten gebildeten Seitenflächen des Umlaufkörpers zusammen. Die Pig. 3 g zeigt eine Dichtungsleiste 54» die mittels eines federnden Halters 56 und einer Schraube 58 von einem an einem Stirnstück, wie dem Stirnstück 14 befestigten Plansch 6o getragen wird. Die Dichtungsleiste 54 ist aus einem geeigneten Werkstoff, wie Kork, Paser, Asbest, kunststoff o. dgl. hergestellt. Sie wird von den in Abstand voneinander angebrachten federnden Haltern in ihrer Lage gehalten, wie auch in Pig. I veranschaulicht, wobei sie in diesen Haltern beim Einbau eine gewisse Bewegungsfreiheit besitzen. Wenn der Rotor 32 eingebaut wird, können die Leisten in ihre Halter eingesetzt, aber zu-

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rückgezogen sein, um dann von Hand gegen die ebenen Seitenflächen des Rotors vorgeschoben zu werden. Bank ihres federnden Einbaus können sich die Leisten selbsttätig auf unvermeidbare Schrägstellungen o. dgl. einstellen, so dass sie mit einem kleinen Spalt über den ganzen Umkreis herum und entlang der radialen Teilungswände gegen den Rotor abdichten.

Dessen Umlaufrichtung folgt vorzugsweise dem Pfeil 62 der Fig. 3» so dass die Leiste unter Ausfederung der Halter 56 nachgeben kann, wenn sie z.B. beim Einfahren des Austauschers mit dem Rotor in unmittelbare Berührung kommt. Hierdurch wird vermieden, dass die Leiste Schaden nimmt oder Schichten des Umlaufkörpers besäädigt.

Der Rotor wird durch einen Motor 64 über ein, eine Riemenscheibe 68 antreibendes Untersetzungsgetriebe 66 in Umdrehung versetzt. Um diese Riemenscheibe und das zylindrische Band 36 des Rotors ist ein Riemen 7ο gespannt. In einem für Ventilationszwecke vorgesehenen Austauscher kann die Umlaufzahl des Rotors von der Grössenordnung Io U/min, sein.

An der Seite des Rotors, der die von den Rohretücken 26 und gebildeten Strömungsdurchlässe voneinander trennt, sind sowohl über als auch unter der Mittelplatte 41 verhältnismäesig schmale Speichen 2o vorgesehen, die Dichtungsleisten 74 gemäss der Pig. 5 tragen und die miteinander mittels eines halbkreisförmigen Leistenteils 75 entlang dem Flansch 43 der Hittelplatte 41 miteinander verbunden sind. Auf der entgegengesetzten Seite ist unterhalb der Mittelplatte 41 eine ähnliche

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schmale Speiche 2o vorgesehen, mit der eine Dichtungsleiste 76 zusammenarbeitet. Oberhalb der Rotorachse ist die Speiche 78 jedoch als ein Sektor ausgebildet, der sich mit gleichbleibender Form peripherisch an der lotrechten Speiche 72 auf der anderen Seite des Rotors vorbei erstreckt. Die sektorförmige Speiche 78 arbeitet mit zwei Leisten 8o, 82 zusammen, die miteinander und mit der unteren Leiste 76 durch einen teilkreisförmigen, auf der Mittelplatte 41 sitzenden Leistenteil 84 verbunden sind. Hierdurch wird ein doppelter Reinblassektor zwischen den beiden Strömungszonen in dem Austauscher gebildet. Wenn sich der Rotor gemäss dem Pfeil 62 in der Fig. 2 bewegt und durch die linke, von den Rohrstücken 22, 26 gebildete Zone für die austretende verbrauchte Raumluft bewegt, werden in dieser vorhandene Wärme und F_euchüg~ keit an die Schichten des Rotors abgegeben (unter der Annahme, dass Winterverhältnisse herrschen), um dann an die durch die andere Zone des Austauschers den Rotor in Segenstrom durchstreichende Frischluft abgegeben zu werden. Man will nun nicht, dass die Raumluft, die sich in den Spalten des Rotors befindet, wenn dissen Schichten gerade in die Frischluftzone hinüberwechseln, mit dem Frischluftstrom gemäss den Pfeilen 86 in den Raum hinein folgt. Es ist dann die Aufgabe der Reinblaszone, Frischluft in die Spalten des Rotors einzuführen, wenn diese in die Frischluftζone eintreten, und diese Frischluft strömt durch die Spalten und reinigt sie von verbrauchter Luft, um zusammen mit dieser verbrauchten Luft in das Auslassrohrstück 26 auszutreten. In dem Reinblassektor strömt die Luft zunächst gemäss dem Pfeil 88 in den zwischen den Leisten 8o, 82 abgeschirmten Spalt 92 innerhalb des Speichensektors 88 und kehrt

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- Io -

dann um und tritt in die andere Hälfte des Reinblassektors gemäss dem Pfeil 9o über, um zusammen mit der verbrauchten Luft in das Rohrstück 26 auszutreten. Durch diese Ausgestaltung der Reinblaszone erreicht man, dass die Luftmengen» die aus dem ventilierten Raum kommen bzw. diesem Raum zugeführt werden, durch den Austauscher hindurchgehen, ohne wegen des Vorhandenseins der Reinblaszone mengenmässig verändert zu werden. Das Druckgefälle in den Strömungszonen kann daher als unmittelbares Mass für die Grosse der in Betracht kommenden Luftmengen benutzt werden, was eine einfache Einstellung und Überwachung der Grosse der Luftmengen gestattet. Dies ist insbesondere dann von Bedeutung, wenn die Druckwerte auf der Primärluftseite und auf der Sekundärluftseite erheblich voneinander abweichen.

Die Dichtung hat kreisrunde Leistenteile 94, 96, die sich um den Umfang des Kontaktkörpers des Rotors 32 herum erstrecken, derart, dass einem Auslecken auf diesem Veg wirksam vorgebeugt wird.

Die gewählte Bauart der Dichtung mit axial verschiebbaren, leicht zugänglichen und einstellbaren Dichtungsleisten bringt mit sich, dass die ortsfesten Teile des Austauschere nicht mit sehr hoher Genauigkeit bearbeitet oder eingebaut zu werden brauchen. Etwaige Ungleichheiten im Spielraum zwischen dem Rotor und den die Dichtungsleisten tragenden Teilen werden in einfacher ¥_eise beim schiiesslichen Einstellen der Dichtungsleieten zum Rotor ausgeglichen.

Der Kontaktkörper kann aus dünnen Schichten aufgebaut sein, wie

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z.B. aus den Patent Hr. 1.252.571 ersichtlich ist. Die Schichten bilden enge, axial durchlaufende Kanäle und sind vorzugsweise abwechselnd eben und gewellt mit einer Wellenhöhe von nur etwa 1 bis 3 mm. Die Schichten können aus Asbest bestehen, wie aus diesem Patent hervorgeht und sind mit einem Stoff getränkt, der hygroskopisch wirkt, wie es z.B. mit Lithiumchlorid der EaIl ist.

Der Kontaktkörper des Rotors 32 kann aus Sektoren 98 (Fig.l) aufgebaut sein, die ihrerseits von Rohlingen in der Form viereckiger Blöcke loo erhalten werden, wie in der Fig. 6 veranschaulicht ist. Diese Blöcke werden aus miteinander verleimten parallelen Schichten aufgebaut und dann schräg, entlang der Linie Io2 in zwei gleich grosse Teile looa und loob von der Form je eines parallelen Trapezes aufgeschnitten, von denen das letztere dann in die Lage loo c gewendet wird, wonach die Teile miteinander verbunden werden. Die äusseren und die inneren Kantenflächen der Teilüöcke werden zu zylindrischer Form nach den Linien 32aIew. 46a bearbeitet. Die hierbei Abfall bildenden Partien sind, wie ersichtlich, klein. Die Sektoren werden mittels eines Bindemittels, wie z.B. eines Epoxyharzes, miteinander verbunden. XIn dieser Weise lassen sich Rotoren mit sehr grossen Durchmessern herstellen. Da die Orientierung der Schichten in den verschiedenen Sektoren ungleichförmig wird, verringert sich die Neigung zu solcher Rissebildung zwischen zwei Schichten, die deren Flächenerstreckung folgt.

Durch den mittels dee Austauschers für Ventilation erzielten Austausch von Temperatur und Feuchtigkeit wird beispielsweise im

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Winter die in der austretenden Raumluft enthaltene Wärme zum grössten Teil auf die eintretende, verhältnismässig kältere Frischluft übertragen. Ferner nimmt der Rotor Feuchtigkeit aus der austretenden Luft auf und gibt sie an die eintretende Luft ab, was insbesondere im Winter von Bedeutung ist, um einem Austrocknen der im Raum befindlichen Luft vorzubeugen.

Die Vorrichtung lässt sich auch mit seinen wesentlichen Teilen als Trockner verwenden, wobei seine Aufgabe darin besteht, Luft mit Hilfe eines Regenerierluftstromes, der eine hohe, loo C übersteigende Temperatur hat, zu trocknen. Auch in diesem Fall ist es wesentlich, dass der Rotor leicht einsetzbar ausgeführt ist und dass sich die Dichtungen in leicht einstellbarer Weise einbauen lassen.

In einem Trockner nimmt die Durchtrittsfläche der Regenerierzone nur einen kleineren T_eil der Primärluftzone, wie etwa ein "Viertel davon, ein.

Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die gezeigte Ausführungsform begrenzt, sondern lässt sich im weitesten Sinne innerhalb des Rahmens des ihr zugrunde liegenden Leitgedankens abwandeln. So kann es vorkommen, dass der Primärluftstrom und der Sekundärluftstrom verschiedene Grosse haben. Auch in diesem Fall ist es von Bedeutung, deren Grosse in einfacher Weise bestimmen bzw. sie zu gewünschter Grosse einstellen zu können.

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Claims (5)

1. J₁-Im_-G SANS^niiIJKT£^H AMB tTJR(^^^X KTJEIOVAI^L 11

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   ———————————■ TEI.KQIt. NEGEDAPATKNT MÜNCHEN

   Bengt Färgaresväg 1,

   Stocksund / Schweden Hamburg, den 11. Juli 1968

   Patentansprüche

   (l.jRegenerativer Wärme- und/oder Feuchtigkeitsaustauscher für zv/ei Gasströme, einen Primärstrom und einen Sekundärstrom, der einen aus einem Überführungsmittel "bestehenden oder ein solches enthaltenden Umlaufkörper oder Rotor mit in axialer Richtung offenen Kanälen oder Durchlässen umfasst und durch den die beiden Gasströme in voneinander getrennten Zonen hindurchgehen, wobei es dem Übergang des Rotors von der Sekundärgaszonc zu der Primärgaszone eine Reinblaszone vorgesehen ist, in welcher in den Durchlässen des Rotors verbliebenes J Sekundärgas mit Hilfe von Primärgas in die Sekundärzone hinausgeblasen wird, gekennzeichnet durch einen eine Reinblaszone enthal tenden und mit seinen zu der Primärgaszone und der Sekundärgaszone offenen Einlassen bzw. Auslassen an derselben Endfläche des Rotors mündenden und miteinander über den Rotor in Verbindung stehenden Reinblasdurchlass.
2. 2. Austausche^hach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, dass ein Abschirmglied gleich grosse I_eile,vorzugsweise in der Form von Sektoren, von den beiden Zonen abteilt.

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3. 3. Austauscher nach Ansprüchen 1 und 2, bei dem die beiden Gasströme durch den Rotor im G_egenstrom hindurchgehen, dadurch gekennzeichnet, dass das Abschirmglied an die Seite des Rotors verlegt ist, an der das Primärgas in die Spalten des Rotors eintritt und das Sekundärgas diese verlässt.
4. 4. Einrichtung bei einem regenerativen Wärme- und/oder Feuchtigkeitsaustauscher für zwei Gasströme mit einem in einem Gehäuse angebrachten Rotor, wobei zwischen diesem und dom Gehäuse, Dichtungen zwecks Abscheidung voneinander getrennter Stromuhgszonen für die Gasströme vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungen aus Leisten bestehen, die von federnden Haltern in ihrer Lage gehalten werden und durch Reibungseingriff in Richtung zu und von dem Rotor einstellbar sind.
5. 5. Verfahren zur Herstellung von Umlaufkörpern oder Rotoren

   für regenerative Wärme-,und/oder Feuchtigkeitsaustauscher, wobei die Rotoren aus dünnen Schichten zusammengesetzt sind, die zwischen sich durchgehende Kanäle oder Spalten bilden, dadurch gekennzeichnet, dass Pakete aus parallelen Schichten zu Blöcken von viereckiger-Form aufgebaut werden und diese dann schräg durchschnitten werden, derart, dass zwei Teile mit dem Umriss von je einem parallelen Trapez erhalten werden, die nach Umkehrung des einen zusammengefügt und zu Sektorenform bearbeitet werden.

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