DE19718625A1 - Wärmeübertrager mit Spänen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Wärmeübertrager, insbesondere für Lüftungsanlagen mit Wärmerückgewinnung, mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruchs 1.

Wärmeübertrager übertragen fühlbare Wärme von einem Fluid zu einem anderen. Fluide sind dabei Gase oder Flüssigkeiten. Es gibt zwei grundsätzlich verschiedene Arten der Wärmeübertragung. Die Wärme wird im einen Fall von einem Fluid in einen Zwischenspeicher (Regenerator) zwischengespeichert und danach vom Regenerator in das zweite Fluid übertragen, oder im anderen Fall von einem Fluid über Trennwände (Rekuperatoren) direkt an das andere Fluid übertragen. Rekuperatoren sind dabei meistens Platten oder Rohre aus Metallen, Kunststoffen oder Keramiken.

Bekannt ist es, daß Rekuperatoren beispielsweise aus Metallplatten bestehen, zwischen denen sich ein gewelltes Blech befindet. Das gewellte Blech vergrößert dabei die Wärmeübertragungsfläche zwischen den Fluiden und dem Rekuperator. Als weiteres Beispiel ist es bekannt, Gegenstromwärmetauscher mit Schachbrettmuster herzustellen, z. B. aus Kunststoff, welche sehr gute Wirkungsgrade aufweisen. Neben diesen Plattenwärmetauschern gibt es noch Rohrwärmetauscher und Rippenrohrwärmetauscher. Die Wärmeübertrager mit Rekuperator werden dabei meistens im Gegen-, Kreuz-, Gleichstrom oder in einer Mischform betrieben.

Bekannt ist es außerdem, daß ortsfeste Regeneratoren Metall- oder Kunststoffspänen enthalten oder hauptsächlich aus diesen bestehen.

Dem Wärmeübergang zwischen den Fluiden und dem Regenerator oder zwischen den Fluiden und dem Rekuperator kommt dabei eine besondere Bedeutung zu. Je besser der Wärmeübergang k.A ist, um so kleiner und damit kostengünstiger können Wärmeübertrager hergestellt werden. Dabei ist k der Wärmeübergangskoeffizient vom Fluid auf den Regenerator oder auf den Rekuperator und A die Fläche des Regenerators oder Rekuperators.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, Rekuperatoren und bewegte Regeneratoren (sog. Regeneratorenräder) zu schaffen, welche einen erhöhten Wärmeübergang k.A aufweisen.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt mit Wärmeübertragern mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen dargestellt.

Gemäß der Erfindung ist der Raum, durch welchen die Fluide im Rekuperator oder bewegten Regenerator strömen mit Spänen, vorzugsweise aus wärmeleitfähigen Stoffen, vorzugsweise aus Metallen, gefüllt. Dabei ist die Verwendung von Aluminium besonders vorteilhaft, da dieses Metall nicht so schnell rostet und eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist.

Die Metallspäne haben erwiesenermaßen einen besonders hohen Wärmeübergangskoeffizienten zum durchströmenden Fluid (etwa 40 W/m²K an Luft mit der Geschwindigkeit 25 cm/s gegenüber etwa 5 W/m²K an einer Platte). Da die Späne an den Trennwänden anliegen, wird die Wärme mit diesen über Wärmeleitung sehr gut ausgetauscht. Die Kontaktfläche kann dabei künstlich vergrößert werden, z. B. kann eine Trennwand aus Kunststoff mit Metallspanfüllung erhitzt werden, so daß der Kunststoff weich wird und die Metallspäne in den Kunststoff eindringen. Die Späne bestehen vorzugsweise aus rostfreien Metallen wie Aluminium oder Edelstahl. In einer Beispielrechnung wurde der Wärmeübergang zwischen den Fluiden und der Trennwand dabei auf etwa das 9-fache erhöht, was nichts anderes bedeutet, als daß ein Wärmeübertrager mit den gleichen thermischen Eigenschaften nur 1/9 der Baulänge eines herkömmlichen Wärmeübertragers aufweist. Der Luftwiderstand wird sich durch die wesentlich geringere Länge des Wärmetauschers verkleinern, die erforderliche Lüfterleistung wird geringer. Bei Rippenrohrwärmetauschern kann der Raum zwischen den Rippen mit Spänen gefüllt werden. Ein Maschendraht um das Rippenrohr hält die Späne zwischen den Rippen.

In sich bewegenden Regeneratoren (ebenso wie in sich nicht bewegenden Regeneratoren) verspricht die Verwendung von Spänen als Regeneratormaterial hohe Wirkungsgrade bei geringem Materialeinsatz (siehe Patentanmeldung P 196 25 772.7).

Die Erfindung wird im folgenden anhand dreier Ausführungsbeispiele dargestellt. Die Fluidräume (1, 11, 21) und die Füllung der Fluidräume (1, 11, 21) mit Spänen (2, 12, 22) ist nur an einigen Stellen angedeutet. Die Strömung der Fluide (4, 14, 24) ist durch Pfeile angedeutet.

Es zeigt:

Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch einen Rekuperator eines Gegenströmwärmetauschers mit Schachbrettmuster und mit Spänen in den Fluidräumen.

Fig. 2 zeigt ein räumliches Bild eines Kreuzstromwärmetauschers mit Spänen in den Fluidräumen.

Fig. 3 zeigt ein räumliches Bild eines sich bewegenden Regenerators (Regeneratorrad) mit Spänen als Regenerator.

Fig. 1 Die Fluidräume 1, durch welchen die Fluide im Gegenstrom 4 bewegen ist mit Spänen 2 gefüllt, die in thermischem Kontakt mit den Trennwänden 3 stehen.

Fig. 2 Der Fluidräume 11, durch welchen sich Fluide im Kreuzstrom 14 bewegen, ist mit Spänen 12 gefüllt, die in thermischem Kontakt mit den Trennwänden 13 stehen.

Fig. 3 Der Fluidräume 21, durch welchen sich die Fluide 24 abwechselnd und gegensätzlich bewegen, sind mit Spänen 22 gefüllt. Die Späne 22 sind auf dem Regeneratorrad 23 befestigt. Das Regeneratorrad 23 dreht sich in die Achse 25.

Claims (2)

1. Wärmeübertrager dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Wärmeübertrager (3, 13), insbesondere für Lüftungsgeräte mit Wärmerückgewinnung, die Fluidräume (1, 11) mit Spänen (2, 12), welche vorzugsweise aus Metall bestehen, gefüllt ist.

2. Wärmeübertrager dadurch gekennzeichnet, daß bei einem bewegtem Regenerator (23), insbesondere für Lüftungsgeräte mit Wärmerückgewinnung, die Fluidräume (21) mit Spänen (22), welche vorzugsweise aus Metall oder Kunststoff bestehen, gefüllt ist.