DE19813119A1 - Turbulenzwärmerückgewinner und Anwendungen desselben - Google Patents
Turbulenzwärmerückgewinner und Anwendungen desselbenInfo
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Abstract
Der Turbulenzwärmerückgewinner besteht aus übereinander angeordneten Profilplatten, deren Profile in der Profilplattenebene alternierend entgegengerichtet um den gleichen Winkel gegen die Längsrichtung (Richtung des Druckgradienten) schräg gestellt sind. Durch diese alternierend in die jeweils andere Richtung schräg gestellten Profile wird die Längsströmung von definierten Querströmungen überlagert, die zu beiden Seiten der Auflageebene aufeinanderfolgender Profilplatten einander entgegengerichtet sind. Die Profilplatten bilden Strömungskanäle, die wegen der Profilschrägstellung nicht voneinander getrennt sind, die aber an allen Begrenzungsflächen in Gegenrichtung umströmt werden. Die sich im Betrieb ausbildende Strömung ist infolge der Schrägstellung der Profile nicht laminar. Die Turbulenzwärmerückgewinner zeichnen sich daher durch eine hohe Effizienz der Wärmerückgewinnung bei geringem Volumenbedarf aus. Die Schrägstellung der Profile sichert die druckfeste gegenseitige Abstützung aufeinander gestapelter Platten im Wärmerückgewinner. DOLLAR A Turbulenzwärmerückgewinner sind für den Einsatz in zentralen wie auch dezentralen Raumluftwärmerückgewinnungsanlagen vorteilhaft einsetzbar. Im Bereich dezentraler Anlagen werden mit den Turbulenzwärmerückgewinnern effiziente Anwendungen im Fensterbereich von Gebäuden erschlossen.
Description
Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher für zwei oder mehrere Stoffströme unterschiedlicher
Temperatur, die durch Trennplatten, die Wärmeübergangsflächen, getrennt sind, und die die durch
diese Trennwände gebildeteten zwei (oder mehrere) Gruppen von Strömungskanälen über
jeweilige Ein- und Auslaßöffnungen nach dem Gegenstromprinzip durchströmen, und für den die
erfindungsgemäße Ausbildung der Trennwände eine sehr hohe, auf das Tauschervolumen
bezogene, Wärmeaustauschleistung bei zugleich geringen Temperaturdifferenzen über die Wärme
tauscherflächen erzielt wird, und damit ein sehr breites Spektrum von Anwendungen erschlossen
wird, neben allen herkömmlichen insbesondere auch solche, bei denen für den Wärme
tauschereinbau ein nur begrenztes und in der Form vorgegebenes Volumen verfügbar ist.
Gegenstromwärmetauscher gehören zum Stand der Technik. Dabei ist mit diesen eine wesentlich
bessere Effizienz erreichbar als bei den derzeit noch sehr breit eingesetzten Kreuzstrom-
Plattenwärmeübertragern. Denn wegen der Gegenstromführung ist bei geeigneter konstruktiver
Gestaltung eine solche Betriebsweise erreichbar, bei der die Austrittstemperatur des wärmeabge
benden Stoffstromes sich der Eintrittstemperatur des wärmeaufnehmenden Stoffstromes annähert.
Für die durch die Trennwand des Wärmetauschers hindurch transportierte Wärmemenge Q gilt
näherungsweise
(1) Q=k * A * ΔTm,
k - Wärmedurchgangskoeffizient, A - von den Stoffströmen umströmte Trennfläche (Wärmetau
scherfläche), ΔTm - mittlere Temperaturdifferenz zwischen den Stoffströmen längs (bzw.
entgegen) der Strömungsrichtung.
Verbesserungen der Effizienz eines Wärmetauschers bezogen auf das Tauschervolumen zielen
naturgemäß auf eine Vergrößerung der Trennfläche A bei gleichbleibendem Tauschervolumen und
die Vergrößerung des k-Faktors in Gl. (1) hin. Eine deutliche Vergrößerung der Trennfläche im
Vergleich zum Kreuzstromwärmetauscher wird dabei durch eine veränderte Form der Wärme
tauscheranordnung, insbesondere eine langgestreckte Bauweise in Verbindung mit der Nutzung
des Gegenstromprinzips möglich. Die Realisierung kanalförmiger Trennflächen bringt eine weitere
deutliche Vergrößerung der Fläche A. Die Vergrößerung des k-Faktors ist vor allem mit einer
gezielten Beeinflussung der Strömungsverhältnisse im Nahbereich der Trennfläche möglich. Denn
die Wärmedurchgangszahl k ist allein durch die Wärmeübergangszahlen Luft/Trennfläche
bestimmt, der Wärmeleitwiderstand der Trennplatten ist auch für weniger gut wärmeleitende
Materialien wie Kunststoff oder Glas bei den üblichen Dicken der Trennplatten vernachlässigbar
klein. Diese Wärmeübergangszahlen sind insbesondere beim Vorliegen laminarer
Strömungsverhältnisse deutlich kleiner als bei einer turbulenten Strömung. Hierbei ist allerdings
zu beachten, daß eine turbulente Strömung wie auch Maßnahmen zur Störung der laminaren
Strömung etwa durch Änderung von Durchström- und Anströmquerschnitten Vergrößerungen
der Druckverluste längs der Strömungsrichtung bewirken.
Bei dem in der Patentschrift DE 195 19 511 beschriebenen Gegenstromwärmetauscher wird die
Wärmetauscherfläche dadurch vergrößert, daß in einer im Prinzip dem Plattenwärmetauscher
aufbau entsprechenden Anordnung in die Plattenzwischenräume zumindest alternierend Querstege
(Rippen) angebracht werden und somit die Austauschfläche annähernd verdoppelt wird.
Hierdurch wird der Zwischenraum zwischen zwei Platten in Strömungskanäle annähernd quadra
tischen Querschnitts unterteilt, die jedoch sämtlich in gleicher Richtung durchströmt werden. Das
Gegenstromprinzip ist hier nur bezüglich benachbarter Plattenzwischenräume realisiert. Die Ver
größerung der Wärmetauscherfläche wird damit nicht voll wirksam, da die Wärmeableitung über
die Stege, also über gegenüber üblichen Plattendicken große Strecken, erforderlich ist, und der
Wärmeleitwiderstand längs dieser "Rippen" nicht mehr als klein gegenüber den Wärmeüber
gangszahlen an der Wärmetauscherflächengrenze vorausgesetzt werden kann. Ein Kanalwärme
tauscher mit optimal vergrößerter Wärmetauscherfläche und allseitig in Gegenrichtung durch
strömten Kanälen wird in der PS DE 43 33 904 beschrieben. Mit dem hier benutzten spitzwink
ligen Trapezkegelprofil wird zudem eine Druckstabilisierung und die Formbeständigkeit der
Kanäle dadurch erreicht, daß die breiteren Stümpfe der Trapezkegel auf die schmaleren offenen
Oberseiten der darunterliegenden Trapezkegel aufgelegt werden und dieses Tauscherpaket in ein
druckstabiles Gehäuse eingefügt wird. Diese in vieler Hinsicht vorteilhafte und insgesamt sehr
weiterführende Lösung hat jedoch den Nachteil, daß zur Störung der laminaren Strömung bzw.
der Erzeugung von Turbulenzen, d. h. zur Vergrößerung des k-Faktors in Gl. (1), eine Struktu
rierung der Wandungen innerhalb der quadratischen Kanäle vorgesehen werden muß. Deswei
teren wird eine Störung der laminaren Strömung durch wiederkehrende Anströmvorgänge im
Kanal des Wärmetauschers erzeugt, indem in bestimmten Abständen die Kanalströmung über eine
kurze Strecke in einen flachen Kanal entsprechend den Verhältnissen beim Plattenwärmetauscher
übergeht. Dadurch entstehen jedoch wiederholte Querschnittsverengungen und -erweiterungen,
die denen der ebenfalls analog zum Plattenwärmetauscher gestalteten Ein- und Austrittsbereiche
beider Stoffströme ähnlich sind, und die zusätzliche, nicht unerhebliche Druckverluste erzeugen.
Darüberhinaus reduzieren diese Unterbrechungen der Strömungskanäle durch ebene Platten die
Wärmetauscherfläche bezogen auf das Volumen des Wärmetauschers.
Die raumsparende Trennung zweier Gruppen von Strömungskanälen, wie sie bei Wärmetau
schern erforderlich ist, mittels einer hin- und hergewendeten streifenförmigen Trennfläche, und die
dann mit geringerem Aufwand mögliche Abdichtung an den seitlichen Begrenzungen der
Strömungskanäle, wird bereits in der PS DE 30 06 988 beschrieben. Mit der dort gewählten
Gesamtlösung wird allerdings nur im mittleren Teil des Faltenpaketes das Gegenstromprinzip
realisiert.
Zur Abstandshalterung werden bei Wärmetauschern häufig Vorsprünge an den Seitenwänden
oder Distanzstücke genutzt (EP 00 55 711), die zusätzliche Strömungswiderstände darstellen.
Zudem sind derartige Störungen in Strömungskanälen Orte zusätzlicher Ablagerungen von
Verunreinigungen.
Steht für den Einbau eines Wärmerückgewinners nur ein begrenztes und zudem in der Form vor
gegebenes Volumen zur Verfügung, so sind Lösungen mit dem derzeit verfügbaren und breit
einge-setzten Kreuzstrom-Plattenwärmetauscher nur begrenzt möglich. Diese sind zwar in
bestimmtem Umfang durch Parallel- und/oder Reihenschaltung gegebenen räumlichen
Einschränkungen für ihren Einbau anpaßbar. Auch läßt sich durch Reihenschaltung die
Rückwärmezahl (der Wirkungsgrad) begrenzt erhöhen. Diese Variabilität ist jedoch bei großen
Gruppen von Anwendungen nicht ausreichend, zudem werden die Druckverluste durch solche
Schaltungen vergrößert.
Eine Reduzierung des für Anlagen zur Wärmerückgewinnung bei der Lüftung erforderlichen
Volumens ist nicht zuletzt auch aus Kostengründen anzustreben. Der Nachrüstung vorhandener
Gebäude mit solchen Anlagen sind oft wegen des Raumbedarfs Grenzen gesetzt. Hohe Anfor
derungen werden auch an effiziente dezentrale Anlagen gestellt. Die Verfügbarkeit leistungs
fähiger Wärmerückgewinner mit geringem spezifischem Raumbedarf erschließt dabei vorteilhafte
Anwendungen. Der Einbau dezentraler Anlagen erfolgt bekanntlich am wirtschaftlichsten unter
Nutzung vorhandener Öffnungen in den Wänden von Gebäuden. Das sind vor allem die Fenster
bereiche.
Für den Einbau von Lüftungsanlagen mit und ohne Wärmerückgewinnung liegen eine Reihe von
Lösungsvorschlägen vor. So wird in der PS DE 27 18 814 ein Lüftungsgerät mit Wärmetauscher
beschrieben, das im oberen Teil an das Fenster angebaut ist und bei dem der Lufteinlaß bzw. der
Luftauslaß über eine Kippvorrichtung des Fensters realisiert wird. Diese Lösung erfordert jedoch
kompliziertere zusätzliche Anbauten an den Fensterrahmen. Die PS DE 28 50 889 sieht zur
Zwangsbelüftung von Räumen die Befestigung bestimmter Vorrichtungen an den Schenkeln des
Fensterrahmens vor. Der Einbau einer oder mehrerer Belüftungsanlagen in eine Wand zusammen
mit einem Fenster, insbesondere unter einem Fenster, wird in den Schriften DE 29 05 884,
DE 43 43 108, DE 195 48 599 und DE 196 10 884 beschrieben. Diese Lösungen sehen eine
Temperaturbeeinflussung der Zuluft mit Hilfe eines Wärmetauschers (Heizkörper o. ä.) vor, der
auch von einem Kühlmedium durchflossen werden kann. Die PS DE 29 19 682 beschreibt eine
Lüftungsvorrichtung im Fensterbereich ohne Wärmerückgewinnung. Die PS DE 44 35 064 sieht
die Luftführung durch ein hohles Fensterbrett und die Anordnung eines Wärmerückgewinners
unter dem Fensterbrett vor, wobei vom Raum aus sichtbare Luftförderelemente senkrecht an den
Fensterrahmenseiten angeordnet werden. Diese Lösung beansprucht ein zusätzliches Volumen des
Raumes unter dem Fensterbrett, welches häufig für das Anbringen von Heizungskörpern
vorgesehen ist. In der PS DE 195 34 843 wird eine Lüftungsvorrichtung mit Wärmerückgewinner
als Einbaumodul in einem Rolladenkasten angeordnet. Als Wärmerückgewinner ist ein
quadratischer Plattenwärmetauscher vorgesehen, der im Kreuzstrom betrieben wird und mittig in
einem freien Raum des Rolladenkastens angeordnet wird. Bei geöffnetem Rolladen wird die
Außenluft über den Rolladenpanzer dem Einbaumodul zugeführt. Bei geschlossenem Rolladen
wird diese am unteren Ende des Rolladens angesaugt und zwischen Fenster und Rolladen nach
oben zum Wärmerückgewinner geführt. Durch die Führung des Zuluftstromes zwischen Rolladen
und Fenster sollen die Transmissionswärmeverluste des Fensterbereiches zurückgewonnen
werden. Real führt die Zuluftströmung zu einer zusätzlichen Abkühlung der Fensteraußenfläche
und damit zu einer Erhöhung der Transmissionsverluste im Fensterbereich. Zudem wird die
wärmedämmende Wirkung des Rolladens aufgehoben.
Dem erfinderischen Schritt liegt also die Aufgabe zugrunde, Wärmerückgewinner anzugeben, die
bei geringem Volumenbedarf, einer gegebenen Anpaßbarkeit an vorgegebene Bauformen, und
ausreichendem volumenspezifischem Luftmassenstrom einen hohen Wirkungsgrad sichern, ohne
überhöhte Druckverluste aufzuweisen, und damit hochwirksam in zentralen wie auch dezentralen
Anlagen einsetzbar sind.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Gegenstrom-Wärmetauscheranordnung gelöst,
deren Trennplatten (Wärmeübertragungsflächen) im einfachsten Realisierungsfall in einer Schnitt
ebene senkrecht zur Längsrichtung des Wärmerückgewinners (Richtung des Druckgradienten)
sägezahnförmige Struktur besitzen, wobei die "Zähne" im einfachsten Realisierungsfall gleich
schenklige rechtwinklige Dreiecke bilden und die Trennplattenmittellinie die Zahnflanken
(Schenkel der Dreiecke) halbiert (Fig. 1). So längs der Strömungsrichtung strukturierte Trenn
platten bilden durch Übereinanderlegen an den "Sägezahnspitzen" hochkant zur Trennplatten
ebene liegende Strömungskanäle quadratischen Querschnitts, wobei jeweils benachbarte Kanäle in
Gegenrichtung durchströmt werden. Das Volumen des Wärmetauschers ist damit dicht mit
Kanälen annähernd quadratischen Querschnitts ausgefüllt (Fig. 2). In Abhängigkeit von den Kanal
abmessungen wird dabei praktisch die gleiche Wärmetauscherfläche pro Volumen realisiert wie
bei dem oben betrachteten Kanalwärmetauscher.
Entscheidendes Element der hier zu beschreibenden Lösung ist eine definierte Schrägstellung der
sägezähnförmigen Strukturierung der Trennplatten gegenüber der Längsrichtung (Richtung des
Druckgradienten) des Wärmerückgewinners derart, daß die diese Strukturierung bestimmenden
Kanten bei einer gegebenen Trennplatte um einen vorgegebenen Winkel (ϕ ≠ 0° gegen die
Längsrichtung gedreht ist und bei der über dieser und der unter dieser angeordneten Trennplatte
um den Winkel -ϕ ≠ 0° gegen die gleiche Längsrichtung (Fig. 3). Durch diese Anordnung säge
zahnförmig strukturierter Trennplatten, deren beschriebene Strukturierung alternierend um einen
Winkel ϕ und -ϕ gegen die Längsrichtung des Wärmerückgewinners ausgerichtet ist, wird
offensichtlich die verfügbare Wärmtauscherfläche gegenüber einer Anordnung mit nicht schräg
gestellter Strukturierung nicht geändert. Diese Schrägstellung der Strukturierung bewirkt jedoch
eine qualitative Änderung der Strömung in den Kanälen. Die Strömung in Längsrichtung des
Wärmetauschers, also in Richtung des Druckgefälles, wird überlagert von einer Rotations
strömung um diese Längsrichtung. Denn durch die bezüglich der Längsrichtung hinsichtlich des
Betrages gleiche, aber in die entgegengesetzte Richtung erfolgte Schrägstellung der Struk
turierung aufeinanderfolgender Trennplatten wird die Strömung symmetrisch bezüglich der
Auflageebene aufeinanderfolgender Trennplatten senkrecht zur Hauptströmungsrichtung in
entgegengesetzte Richtungen abgelenkt (Fig. 4). Im Ergebnis wird die ohne diese Schrägstellung
bei ausreichend kleinen Strömungsgeschwindigkeiten laminare Strömung von einer Rotations
strömung überlagert. Diese Rotationsströmung ist aufgrund der Struktur der Trennflächen keine
regelmäßige. Im Ergebnis liegt aber keine laminare Strömung mehr vor (Fig. 5). Die angestrebte
Vergrößerung des k-Wertes durch Störung der laminaren Strömung wird mit der
erfindungsgemäßen Lösung ohne zusätzliche und wiederholte stärkere Änderungen von
Strömungsquerschnitten und damit ohne überhöhte Druckverluste erreicht.
Die Schrägstellung der (halb-)kanalförmigen Struktur der Trennplatten führt erfindungsgemäß zur
Lösung eines weiteren konstruktiven Problems bei Wärmerückgewinnern, nämlich zur Sicherung
einer druckstabilen gegenseitigen Abstützung der Trennplatten ohne jegliche zusätzliche
Abstandshalterungen (Fig. 6).
Zur besseren Aufnahme dieses Auflagedruckes, aber auch zur gezielten Beeinflussung der Strö
mungsverhältnisse, wird bei einer weiteren Ausführungsform der Trennplatten die durch aneinan
dergereihte rechtwinklige Dreiecke darstellbare sägezahnförmige Struktur durch eine solche
ersetzt, bei der die Spitzen der "Sägezähne" zu beiden Seiten der Trennplattenmitte abgeflacht
sind, die Struktur also aus aneinandergereihten Trapezstümpfen bestehend beschrieben werden
kann (Fig. 7). Bei weiteren Ausführungsformen ist die Form der Strukturierung der Trennplatten
nicht durch eine Grundstruktur auf der Basis rechtwinkliger Dreiecke bestimmt (siehe Fig. 8).
Vielmehr wird bei weiteren Ausführungsformen die trapezförmige Struktur durch eine Grund
struktur auf der Basis von Dreiecken mit einem spitzen Winkel α < 90° bestimmt (Fig. 8). Im
Grenzfall α → 0 und unendlich großer Schenkellängen dieser fiktiven Dreiecke geht diese
Struktur in eine Rechteckstruktur über (Fig. 9). Eine solche rechtwinklige, mäanderförmige
Strukturierung erzeugt in einer Schnittebene, in der die Struktur zweier übereinanderliegender
Trennwände nicht gegeneinander verschoben ist, Kanäle rechteckiger, vorzugsweise quadratischer
Form. In einer weiteren Ausführungsform erfolgt die Strukturierung der Trennwände wellblech
förmig (Fig. 10).
Bei anderen Ausführungsformen aller vorstehend beschriebenen Trennplatten läuft die Struk
turierung der Trennplatten nicht in der Mittelebene der Strukturierung aus, sondern in einer
beliebigen Ebene der Strukturen, beispielsweise an der unteren bzw. oberen Begrenzung
derselben.
Die Zu- und Abfuhr von Frischluft und Abluft erfolgt bei dem hier beschriebenen Wärme
rückgewinner nach dem vom Kreuzstrom-Plattenwärmeübertrager gut bekannten Prinzip. Das
Paket strukturierter Trennplatten wird dazu in einen aufgeschnittenen und entsprechend diesem
Paket aufgebauten Plattenwärmeübertrager eingefügt, die Zufuhr und Abfuhr zu den Strömungs
kanalebenen erfolgt nach dem bekannten Prinzip des Plattenwärmeübertragers (Fig. 11). Die
erfindungsgemäße Lösung für einen Wärmerückgewinner ist also nicht würfelförmig, wie es die
Kreuzstrom-Plattenwärmerückgewinner in der Regel sind, sondern haben die Form eines lang
gestreckten Quaders, und sind damit in der Form den Anwendungsbedingungen gut anpaßbar. Im
Grenzfall einer gegen Null gehenden Amplitude der Plattenstrukturierung "entarten" diese
Wärmetauschertrennflächen zur glatten Platte. In diesem Fall werden die Abstände zwischen den
Platten durch distanzsichernde Nuten in den seitlichen Abdeckungen gewährleistet.
Die erfindungsgemäße Lösung für einen hocheffektiven Wärmerückgewinner ist breit einsetzbar,
insbesondere in allen Fällen der Anwendung bislang verfügbarer Wärmerückgewinner. Wegen des
geringen Raumbedarfs und der langgestreckten Bauform erfolgt eine vorteilhafte Anwendung der
erfindungsgemäßen Wärmerückgewinner auch bei dezentralen Anlagen. Für den wirtschaftlich
vorteilhaften Einbau von Wärmerückgewinnungsanlagen im Bereich vorhandener Öffnungen in
Mauerwerken kommen vor allem die Fensterbereiche infrage.
Erfindungsgemäß wird dazu die Wärmerückgewinnungsanlage, bestehend aus einem Wärme
rückgewinner 1, zwei Gebläsen 2, entsprechenden Filtern 3, einer Kondensatauffangvorichtung,
einer Regeleinrichtung, Zuluftkanälen 4, Abluftluftkanälen 5, sowie Kanälen bzw. Öffnungen für
die Außenluftzufuhr 6 und die Fortluftableitung 7, in einem Einbaugehäuse angeordnet (Fig. 12).
Diese erfindungsgemäße Wärmerückgewinnungsanlage 8 wird in einer vorteilhaften Ausfüh
rungsform mit dem Einbaugehäuse in einem vergrößerten Fensterbrett bzw. unter diesem
angebracht (Fig. 13, 14). Diese füllt wegen der langgestreckten Form des Turbulenz
wärmerückgewinners die gesamte Länge des durch Vergrößerung der Fensterbank gewonnenen
Volumens aus. Die Frischluftansaugung erfolgt über eine schlitzförmige Öffnung an der
Außenseite des vergrößerten Fensterbrettes. Die Abluft wird über Hohlräume im
darüberliegenden Fensterrahmen zum oberen Bereich des Fensterrahmens geführt und dort über
entsprechende Austrittsdüsen nach außen abgeleitet. Die Kondensatableitung wird über Kanäle im
Fensterbrett nach außen realisiert. Raumluft wird über ein Spaltsystem zwischen Fensterbrett und
unterem Fensterrahmenbereich angesaugt, die Frischluft wird unter dem Fensterbrett in den Raum
abgegeben. Bei anderen Ausgestaltungen dieser erfindungsgemäßen Lösung erfolgt die Ableitung
der Abluft über entsprechende Öffnungen an der Fensterbrettrückseite bzw. über
Hohlraumprofile, die an den Außenseiten der senkrechten Schenkel des Fensterrahmens
angebracht sind. Die Funktion dieser Hohlraumprofile können auch Rolladenlaufschienen
übernehmen, soweit diese entsprechende Hohlräume aufweisen.
In einer anderen Ausführung der erfindungsgemäßen Lösung wird die Wärmerückgewinnungsan
lage 8 mit Einbaugehäuse am oberen wagerechten Teil des Fensterrahmens angeordnet (Fig. 15).
Die Abluft wird über verschließbare Öffnungen im oberen Bereich des Fensterrahmens nach außen
geleitet. Die Frischluft wird über Hohlraumkanäle der darunter liegenden senkrechten Holme des
Fensterrahmens angesaugt, die im unteren Drittel über hierzu geeignete, mit einer
Schutzvorrichtung gegen unerwünschte Staubzufuhr versehene Öffnungen verfügen. Die Kon
densatableitung erfolgt über entsprechende, hinter dem Wärmerückgewinner durch den
Fensterrahmen nach draußen führende Kanäle. Raumluftansaugung und Zufuhr der Frischluft in
den Raum erfolgen in Höhe des Wärmerückgewinners über in entgegengesetzte Raumrichtungen
weisende Öffnungen. Eine weitere Ausgestaltung dieser erfindungsgemäßen Lösung sieht die
Frischluftansaugung über Hohlraumprofile, vorzugsweise aus Kunststoff, vor, die an den
Außenseiten der senkrechten Schenkel des Fensterrahmens angebracht sind und vom Gehäuse der
Wärmerückgewinnungsanlage bis zur Höhe des Fensterbrettes reichen (Fig. 16). Im unteren Drittel
weisen diese Hohlraumprofile nach außen hin entsprechende Öffnungen 9 auf, durch die die
Frischluft angesaugt wird. In einer speziellen Ausgestaltung werden die Hohlräume von Rolladen
laufschienen für den Luftausgang genutzt, wobei auch hier im unteren Drittel Öffnungen für den
Luftausgang vorgesehen sind. Die Kondensatableitung kann durch einen getrennten Kanal über
das Hohlraumprofil bzw. die Rolladenlaufschiene erfolgen.
Eine andere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung sieht den Einbau der Wärmerück
gewinnungsanlage 8 mit Einbaugehäuse im freien Volumen eines Rolladenkastens vor (Fig. 17).
Auch hier werden für die Zu- und Ableitung der Frischluft und der Raumluft in geeigneter Weise
freie Hohlräume im darunter liegenden Fensterrahmen bzw. an den senkrechten Holmen des
Fensterrahmens befestigte Hohlraumprofile oder Rolladenlaufschienen genutzt. Gleiches gilt für
die Kondensatableitung zum Gebäudeäußeren.
Weitere Gestaltungen der erfindungsgemäßen für den Einbau der Wärmerückgewinnungsanlage in
einem vergrößerten Fensterbrett, am oberen waagerechten Teil des Fensterrahmens oder in einem
Rolladenkasten sehen eine Vertauschung von Frischluftzufuhr und Fortluftableitung über die
vorstehend beschriebenen Kanäle bzw. Öffnungen zum Gebäudeäußeren vor.
Claims (22)
1. Wärmetauscher aus Metall (Stahlblech, Aluminiumblech, oberflächenvergütetes Blech o. ä.)
oder Kunststoff, bestehend aus einzelnen übereinandergestapelten Trennplatten mit Profil oder
einem senkrecht zur Strömungsrichtung s-förmig übereinadergefalteten entsprechenden Profil
streifen, dadurch gekennzeichnet, daß das Profil in der Schnittebene senkrecht zur Strömungs
richtung sägezahnförmig ist, wobei die gleichförmigen, direkt aneinandergereihten Zähne gleiche
Flankenlängen haben, diese Flanken an den Zahnspitzen rechtwinklig zueinander stehen und die
Mittellinie der Profilebene die Zahnflanken in ihrer Länge halbiert, das Profil daher die Form
aneinandergereihter rechtwinkliger gleichschenkliger Dreiecke hat, deren Hypothenusen die
Profilplattenmittellinie bilden und die alternierend zu beiden Seiten der Mittellinie angeordnet sind,
die von diesen Profilen erzeugten Kanäle für die übereinander liegenden Trennplatten alternierend
jeweils einen festen Winkel ϕ und -ϕ mit der Strömungsrichtung des Wärmetauschers bilden,
somit über die gesamte Länge des Wärmetauschers der gleiche Strömungsquerschnitt in der
Strömungsrichtung verfügbar ist, durch die um einen gleichen Winkel, aber in entgegengesetzte
Richtungen vorhandene Schrägstellung der Strömungskanäle bei aufeinanderfolgenden Platten
zusätzlich zur Strömung in Längsrichtung (Richtung des Druckgradienten) Querströmungen
erzeugt werden, die symmetrisch zur Auflageebene aufeinanderfolgender Profilplatten
entgegengerichtet sind, und somit in den einzelnen Strömungskanalbereichen eine
rotationsförmige Strömung um die (Längs-) Strömungsachse herausgebildet wird, eine laminare
Strömung sich nicht ausbildet und daher eine Verbesserung der Wärmeübertragung vom Medium,
vorrangig Luft, auf die Profilplatte bzw. von der Platte auf das Medium erreicht wird.
2. Wärmetauscher nach Anpruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei dem sägezahnförmigen
Profil, bestehend aus aneinandergereihten gleichschenkligen, rechtwinkligen, alternierend zu
beiden Seiten der Profilplattenmittellinie liegenden Dreiecken, die Spitzen dieser Dreiecke
abgeflacht (oder abgerundet) sind, das Profil also aus Kegelstümpfen bestehend beschrieben
werden kann, die alternierend nach beiden Seiten der Profilplattenmitte in gleicher Höhe
angeordnet sind.
3. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei den die Form des Profils
kennzeichnenden Dreiecken der diese bestimmende Winkel von 90° verschieden ist und diese
Dreiecke nicht gleichschenklig sind.
4. Wärmetauscher nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Profil eine wellige
oder eine beliebige andere Form hat und dabei gleich große freie Flächen (Strömungsquerschnitte)
zwischen den einzelnen Profilplatten gesichert werden.
5. Wärmetauscher nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Profile der Trenn
platten zu den Seiten- und den Stirnkanten hin in einer bezüglich der Trennplattenstruktur beliebig
liegenden ebenen Platte auslaufen, die insbesondere auch am unteren oder oberen Ende der
Struktur liegen kann.
6. Wärmetauscher nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die alternierend unter
schiedliche Schrägstellung der Profile aufeinanderfolgender, übereinander liegender Trennplatten
für die druckstabile Abstützung der Platten gegeneinander genutzt wird.
7. Wärmetauscher nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Profile der Trenn
platten zu den Stirnseiten der letzteren hin in ebene, in der Profilplattenmittellinie liegende Platten
auslaufen, die in der Längsrichtung spitz zulaufen, in der Spitze einen stumpfen, rechten oder
spitzen Winkel bilden und so eine Verteilung der Stoffströme auf zwei in entgegengesetzten
Richtungen durchströmten Strömungsebenen in Analogie zum Kreuzstromwärmetauscher
realisiert wird.
8. Wärmetauscher nach Anspruch 1 bis 6, alternativ zu Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß
die Profil-Trennplatten stumpf enden und/oder an den Seiten des Wärmetauscherendes die
Trennplattenzwischenräume wechselseitig mit Strömungskanälen verbunden werden.
9. Gegenstromwärmetauscher nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß diese eine in
Strömungsrichtung langgestreckte Form und damit eine hohe Anpassungsfähigkeit an
vorgegebene bzw. verfügbare Einbauvolumina haben.
10. Gegenstromwärmetauscher nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Form der
Trennplatten in den Grenzfall verschwindend kleiner Profilamplituden, d. h. in ebene Platten
übergehen, und die Abstandshalterung zwischen den Platten durch Nuten oder Distanzleisten an
den seitlichen Abdeckungen des Wärmetauschers gewährleistet wird.
11. Raumlüftungsgerät mit Wärmerückgewinnungssystem, bestehend aus einem Wärmetauscher
nach Anspruch 1 bis 10, wenigstens einem Gebläse, entsprechenden Filtern und einer Kondensat
auffangvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß dieses Lüftungsgerät unter dem Fensterbrett
eines Fensters angeordnet bzw. in ein vergrößertes Fensterbrett integriert wird.
12. Raumlüftungsgerät mit Wärmerückgewinnungssystem nach Anspruch 11, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Abluft vom abluftseitigen Ausgang des Lüftungsgerätes über Hohlräume im
darüber liegenden Fensterrahmen zum oberen Fensterbereich geführt wird und dort über
entsprechende Öffnungen nach außen abgeleitet wird.
13. Raumlüftungsgerät mit Wärmerückgewinnungssystem nach Anspruch 11, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Abluft vom abluftseitigen Ausgang des Lüftungsgerätes über Hohlraumprofile
oder die Hohlräume von Rolladenlaufschienen, angebracht an den Außenseiten der senkrechten
Schenkel des Fensterrahmens, zum oberen Fensterbereich geführt wird und dort über entspre
chende Öffnungen nach außen abgeleitet wird.
14. Raumlüftungsgerät mit Wärmerückgewinnungssystem nach Anspruch 11 bis 13, dadurch
gekennzeichnet, daß die Ansaugung der Frischluft über Öffnungen an der Außenseite des Fenster
brettes oder des vergrößerten Fensterbrettes, die Ansaugung der Raumluft über ein Spaltsystem
zwischen Fensterbrett und unterem Fensterrahmen bzw. im unteren Fensterrahmenbereich und die
Abgabe der Frischluft in den Raum durch ein Spaltsystem unter dem Fensterbrett erfolgt.
15. Raumlüftungsgerät mit Wärmerückgewinnungssystem nach Anspruch 11 bis 14, dadurch
gekennzeichnet, daß die Kondensatableitung aus der Wärmerückgewinnungseinheit über eine
Sammelvorrichtung und geeignete Kanäle nach außen erfolgt.
16. Raumlüftungsgerät mit Wärmerückgewinnungssystem bestehend aus einem Wärmetauscher
nach Anspruch 1 bis 10, wenigstens einem Gebläse, entsprechenden Filtern und einer Kondensat
auffangvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß dieses Lüftungsgerät am oberen waagerechten
Teil des Fensterrahmens angeordnet wird, die Abluftableitung über verschließbare Öffnungen an
der Außenseite des Lüftungsgerätes oder über Öffnungen im oberen Bereich des Fensterrahmens
erfolgt und die Raumluftansaugung, wie auch die Frischluftzufuhr aus bzw. in den Raum, über
entsprechende raumseitige, in entgegengesetzte Richtungen weisende Öffnungen, oder über
Verteilerkanäle am Lüftungsgerät realisiert wird.
17. Raumlüftungsgerät mit Wärmerückgewinnungssystem nach Anspruch 16, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Frischluftansaugung über Hohlraumprofile oder die Hohlräume von Rolladen
laufschienen, angebracht an den Außenseiten der senkrechten Schenkel des Fensterrahmens,
erfolgt, die im unteren Drittel des Fensterbereiches über entsprechende mit Staubfiltern versehene
Öffnungen verfügen.
18. Raumlüftungsgerät mit Wärmerückgewinnungssystem nach Anspruch 16 und 17, dadurch
gekennzeichnet, daß die Kondensatableitung aus der Wärmerückgewinnungseinheit über eine
Sammelvorrichtung und geeignete Kanäle direkt oder über die darunter liegenden senkrechten
Schenkel der Fensterrahmen bzw. an den senkrechten Fensterschenkeln befestigten Hohlraum
profile oder über Hohlräume in Rolladenlaufschienen nach außen erfolgt.
19. Raumlüftungsgerät mit Wärmerückgewinnungssystem bestehend aus einem Wärmetauscher
nach Anspruch 1 bis 10, wenigstens einem Gebläse, entsprechenden Filtern und einer Kondensat
auffangvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß dieses Lüftungsgerät im Rolladenkasten eines
Fensters angeordnet wird, die Abluft über verschließbare Öffnungen an der Außenseite des
Rolladenkastens oder über Öffnungen im oberen Bereich des Fensterrahmens nach außen geleitet
wird und die Raumluftansaugung, wie auch die Frischluftzufuhr in den Raum, über entsprechende
raumseitige, in entgegengesetzte Richtungen weisende Öffnungen am Rolladenkasten oder über
entsprechende Verteilerkanäle realisiert wird.
20. Raumlüftungsgerät mit Wärmerückgewinnungssystem nach Anspruch 19, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Frischluftansaugung über Hohlraumprofile oder die Hohlräume von Rolladen
laufschienen, angebracht an den Außenseiten der senkrechten Schenkel des Fensterrahmens,
erfolgt, die im unteren Drittel des Fensterbereiches über entsprechende mit Staubfiltern versehene
Öffnungen verfügen.
21. Raumlüftungsgerät mit Wärmerückgewinnungssystem nach Anspruch 19 und 20, dadurch
gekennzeichnet, daß die Kondensatableitung aus der Wärmerückgewinnungseinheit über eine
Sammelvorrichtung und geeignete Kanäle direkt oder über die darunter liegenden senkrechten
Schenkel der Fensterrahmen bzw. an den senkrechten Fensterschenkeln befestigten Hohlraum
profile oder über Hohlräume in Rolladenlaufschienen nach außen erfolgt.
22. Raumlüftungsgerät nach Anspruch 12 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle bzw.
Öffnungen für die Frischluftzufuhr und die Fortluftableitung gegenseitig vertauscht sind.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19813119A DE19813119A1 (de) | 1998-03-25 | 1998-03-25 | Turbulenzwärmerückgewinner und Anwendungen desselben |
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