DE19911177A1 - Wärmetauscher - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Wärmetauscher mit hoher spezifischer Wärmetausch­ fläche, der für die verschiedensten Wärmetauschaufgaben zwischen gasförmigen Medien anwendbar ist.

Hauptanwendungsgebiet ist dabei die Abwärmenutzung umbauter Räume von Gebäuden, indem die warme Abluft zur Aufwärmung von Frischluft verwendet wird und somit für einen Energiespareffekt sorgt.

Bei hohen Außentemperaturen ist der Wärmetauscher jedoch auch so einsetzbar, daß die wärmere Frischluft von der kühleren Abluft abgekühlt wird und so ebenfalls für einen Wärmeaustausch sorgt.

Je nach Anwendungsgebiet sind Wärmetauscher in verschiedenen Ausführungen bekannt­ geworden. Eine besondere Rolle spielen dabei Kanalwärmetauscher und Plattenwärme­ tauscher, in denen Profiltafeln angeordnet sind, die miteinander verklebt oder verschweißt sind und so eine Wabenstruktur bilden, die sowohl von warmer Abluft als auch von kalter Frischluft umströmt werden und dabei einen Wärmeaustausch bewirken.

In der DE 43 33 904 wird ein Kanalwärmetauscher beschrieben, der in einem Gehäuse mit rechteckförmigem Querschnitt fortlaufende Trapezprofilstreifen enthält, die fest aneinanderliegend parallele Strömungskanäle bilden, wobei jeweils seitlich benachbarte Strömungskanäle von unterschiedlichen Fluiden längs durchströmbar sind. Die fort­ laufenden Trapezprofilstreifen bilden eine mäanderförmige Struktur. Die Innenwinkel der vom mäanderförmigen Profil gebildeten offenen Trapeze sind dabei kleiner als 90°. Die offenen Trapeze werden so vom darüberliegendem Trapezprofilstreifen mit einer Über­ lappung der Profilkanten abgedeckt und bilden einzelne Strömungskanäle.

Nachteilig bei dieser Ausführung des Wärmetauschers ist ein hoher Vorfertigungsaufwand der Trapezprofile, sowie die fehlende Sicherheit in der Abdichtung an den Kanten beim Aneinanderfügen der Trapezprofile bzw. der Aufwand beim Verkleben oder Schweißen an diesen Stellen.

Nicht unerheblich ist der Materialaufwand für die Wabenstruktur der eingesetzten Platten. Bei sehr dünnwandigen Profilblechen für die Wabenstruktur besteht außerdem die Gefahr einer unerwünschten Geräuschbildung durch Schingungen an den Platten.

In einer Ausführungsform dieser Anordnung bestehen alle Tafeln des Wärmetauschers aus einem einzigen fortlaufendem Streifen, so daß die Strömungskanäle beider Fluide voll­ ständig voneinander getrennt sind. Dieser Vorteil wird von einem höherem Aufwand bei der Vorfertigung und Montage der Wabenstruktur kompensiert bzw. erfordert spezielle Fertigungstechnologien für die Mäanderfertigung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wärmetauscher für gasförmige Medien, z. B. Luft, zu entwickeln, mit dem die warme Abluft zur Aufwärmung kalter Frischluft eingesetzt wird, der sich technologisch sehr rationell und mit geringem Materialeinsatz kostengünstig herstellen läßt, eine individuelle Gestaltung der äußeren Dimensionen des Wärmetauschers ermöglicht und sich in vorhandene Schächte gut einfügen läßt und durch seine Gestaltung zur Geräuschdämpfung beiträgt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst daß der in einem Schacht befind­ liche Wärmetauschereinsatz aus einer Vielzahl dünner parallel angeordneter Röhren bzw. Schläuche aus Kunststoff besteht, die mit dünnem Stahldraht so zu einer Matte geflochten sind, daß sie in einem Abstand zueinander liegen und zu einer Rolle mit dem gewünschten Schachtinnendurchmesser gerollt werden können. Das so entstandene Röhrenbündel wird in einen Schacht eingesetzt, der mit seitlichen Durchbrüchen für einen ausreichenden Luftdurchsatz für die Abluft ausgestattet ist.

An beiden Enden des Schachtes ist dieser mit den Röhren abgedichtet, indem die Zwischenräume zwischen den Röhren mit einer Dichtmasse ausgefüllt sind. Zur Ein- und Durchleitung von Frischluft durch das Röhrenbündel sind auf beide Seiten des Schachtes sich asymmetrisch verjüngende Anschlußstutzen aufgesetzt und miteinander verbunden.

Die Abluft dagegen wird durch die seitlichen Durchbrüche des Schachtes jeweils in dessen Endbereich hinter der Abdichtung der Röhren zwischen die Freiräume dieser Röhren an einem Ende eingeleitet und am anderen Ende des Schachtes wieder herausgeführt. Über diesen Bereich des Eintrittes und des Austrittes der Abluft aus dem Schacht ist ebenfalls jeweils ein sich asymmetrisch verjüngender Stutzen aufgesetzt, der die Abluft gerichtet weiterleiten läßt. Die Stutzen für die Abluft sind dazu auf einem Außenmantel der Schachtanordnung angeordnet, die so einen sicheren Strömungsverlauf garantieren.

Der so gestaltete Wärmetauscher hat den Vorteil, daß sich die Röhrenmatten sehr leicht herstellen lassen und auf material- und fertigungstechnisch aufwendige Platteneinsätze verzichtet werden kann, besondere Abdichtungen zwischen den parallelen Luftströmungen längs der Kanäle bzw. Röhren nicht erforderlich sind und die aus Kunststoff bestehenden Röhrenmatten zur Geräuschminimierung beitragen. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die Röhrenmatten leicht in verschiedenen Längen und Breiten herstellbar sind und somit auf einfache Weise die Realisierung von Wärmetauschern mit gestaffelten Abmessungen möglich ist.

Der der Erfindung zugrundliegende Gedanke wird in der nachfolgenden Beschreibung - anhand eines Ausführungsbeispieles, das in der Zeichnung dargestellt ist, näher erläutert.

Es zeigt:

Fig. 1 eine Draufsicht auf den geflochtenen Wärmetauscher mit im Abstand zueinander, parallel angeordneten Röhren als flache Röhrenmatte;

Fig. 2 einen Querschnitt der Röhrenmatte mit dem Schnitt AA gemäß Fig. 1;

Fig. 3 eine zum Bündel gewickelte Röhrenmatte gemäß Fig. 2;

Fig. 3a alternativer sternenförmiger Querschnitt der Röhren bei Ausführung derselben aus Kunststoff;

Fig. 4 eine Prinzipdarstellung des Wärmetauschers mit aufgesetzten Stutzen für die Zu- und Ableitung von Frischluft und Abluft.

Ein grundlegendes Element für die Ausführung der Erfindung sind geflochtene Röhren­ matten 1, wie sie in Fig. 1 und 2 dargestellt sind. Je nach der gewünschten Baulänge des Wärmetauschers werden dünne vorgefertigte Röhren 2 nebeneinander angeordnet und mit mehreren quer zu den Röhren 2 geführten dünnen Stahlseilen 3 verbunden. Der Durch­ messer der Röhren 2 im Ausführungsbeispiel beträgt 4 bis 5 mm und der Durchmesser des Flechtdrahtes 3 ca. 0,3 mm. Die Röhren 2, auch als Schläuche ausführbar, bestehen aus Kunststoff und der Flechtdraht 3 besteht aus einer nichtrostenden Stahllitze.

Das Flechten der Röhrenmatte 1 geschieht mit einer speziellen Vorrichtung, wobei im Abstand von 3 bis 5 cm jeweils 2 Stahllitzen 3 in wechselnder Folge um die Röhren 2 geführt werden und sich so zwischen den Röhren 2 kreuzen und diese auf Abstand halten.

Die Röhren 2 sind kreisrund, aber auch jeder andere Querschnitt ist geeignet. Fig. 3a zeigt dazu einen sternenförmigen Querschnitt, wodurch die Fläche für den Wärmetausch vergrößert wird. Die Ausfertigung sternenförmiger Schläuche aus Kunststoff ist problemlos realisiert worden.

Die Röhrenmatte 1 wird zusammengerollt (Fig. 3) und in einen Schacht 4 eingesetzt, wobei die Enden der Röhren 2 aus dem Schacht 4 leicht herausragen. Durch die Röhren 2 wird Frischluft und durch die Zwischenräume 5 zwischen den Röhren 2 wird die Abluft geleitet. An den Flächen der Rohrwandungen findet der Wärmeaustausch statt.

Das Zusammenrollen der Röhrenmatten 1 erfordert keine besonderen Technologien. An beiden Enden des Schachtes 4 werden die Zwischenräume 5 zwischen den Röhren 2 mit einem Dichtmittel 6 ausgefüllt, damit sich die zugeführte Frischluft nicht mit der Abluft vermischen kann.

Wie Fig. 4 in einer Prinzipdarstellung zeigt, sind an den äußeren Enden 7; 8 der Röhren­ bündel sich asymmetrisch verjüngende Anschlußstutzen 9 aufgesetzt und mit dem Schacht 4 verbunden. Zur Abdichtung zwischen Schacht 4 und Anschlußstutzen 9 ist eine Gummi­ dichtung 10 verwendet worden. Der dem Anschlußstutzen 9 folgende Teil des Schachtes 4 ist mit Durchbrüchen 11 ausgestattet, damit in diesem Bereich die Abluft aus den Zwischenräumen der Röhren 2 ein- bzw. austreten kann, wie die Richtungspfeile in der Zeichnung erkennen lassen.

Mit größerem Flanschdurchmesser sind für die Ein- und Ableitung der Abluft ebenfalls asymmetrisch verjüngende Rohrstutzen 12; 13 auf den Schacht 4 und über die kleineren Rohrstutzen 9 für die Frischluft aufgesetzt. Für die Rohrstutzen 12; 13 sind selbst­ verständlich auch andere Formen möglich. Die Form dieser Stutzen ist für die Funktion des Wärmetauschers nicht von entscheidender Bedeutung.

Vorstehend ist die Erfindung anhand ausgewählter Merkmale beschrieben und dargestellt worden. Sie ist selbstverständlich nicht auf diese Darstellung beschränkt, sondern es können sämtliche Merkmale in verschiedener Gestaltung und Ausführung unabhängig von den Ansprüchen verwendet werden.

Claims (5)

1. Wärmetauscher mit hoher spezifischer Wärmetauschfläche für gasförmige Medien in schachtförmigem Gehäuse, wobei Frischluft von Abluft aus Räumen erwärmt wird, ist gekennzeichnet durch einen zusammengerollten Einsatz in einem Schacht (4), wobei der Einsatz aus einem Geflecht einer Vielzahl paralleler und beabstandet angeordneter Röhren (2) und zwischen den Röhren (2) sich kreuzender nicht­ rostender dünner Stahllitze (3) besteht und die Stahllitze (3) in regelmäßigem Abstand zueinander quer zu den Röhren (2) jeweils in wechselnder Folge geführt ist und die Zwischenräume (5) zwischen den Röhren (2) an beiden Enden (7; 8) des Schachtes (4) mit einer Dichtmasse (6) ausgefüllt sind und an diesen Enden (7; 8) des Schachtes (4) jeweils Rohrstutzen (9) für die Ein- und Ableitung von Frischluft und Rohrstutzen (12; 13) für die Ein- und Ableitung von Abluft angeordnet sind.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Röhren (2) mit kreisrundem Querschnitt aus Kunststoff bestehen.

3. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Röhren (2) sternenförmigen Querschnitt aufweisen und aus Kunststoff bestehen.

4. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Stahllitze (3) zueinander 0,5 bis 5 cm beträgt und die zwischen den Röhren (2) sich kreuzende Stahllitze (3) eine Dicke von 0,3 mm aufweist.

5. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrstutzen (9) für Frischluft und die Rohrstutzen (12; 13) für Abluft asymmetrisch verjüngende Form aufweisen.