DE2013184A1

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Publication number: DE2013184A1
Application number: DE19702013184
Authority: DE
Priority date: 1969-03-20
Filing date: 1970-03-19
Publication date: 1970-09-17
Also published as: GB1302561A; FR2035112A1; CA930353A; DE7010210U; FR2035112B1

Description

Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha, Tokio/Japan

Wärmeaustauscher

Die Erfindung betrifft einen Wärmeaustauscher zur Verwendung mit einer Belüftungsvorrichtung zum Einsaugen von Luft aus dem Freien in einen Raum gleichzeitig mit dem Ausstoßen der Luft aus dem Raum, welche im Betrieb einen Temperatur - und
Peuchtigkeltsaustausch zwischen dem eingesaugten und dem ausgestoßenem Luftstrom bewirkt. Sie betrifft insbesondere einen solchen Wärmeaustauscher, der besonders für die Verwendung in Kraftfahrzeugen geeignet ist.

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Beim Heizen und Kühlen von Räumen in Gebäuden ist es allgemein wünschenswert, diese wegen des Wohlbefindens und der Gesundheit durch Einführen von einer gewissen Menge Luft aus dem Freien in. dem Raum zu belüften. Wenn jedoch zu viel Luft aus dem Freien in den Raum eingeführt wird, kann diese eingeführte Luft die Raumtemperatur ändern. Als Ergebnis werden die Betriebskosten der Ausrüstung zum Heizen, Kühlen und Belüften unerwünscht ansteigen. Bei bekannten Vorrichtungen wurde daher zum Kühlen oder Heizen eines Raumes ein Gerät verwendet, mit welchem das Einsaugen von Luft gleichzeitig mit dem Ausstoi3en

φ von Raumluft in Kombination mit einem Wärmeaustauscher zum Heizen oder Kühlen des Saugstromes mit dem Ausstoßstrom erfolgte, um die Ströme einander in der Temperatur anzunähern und so Kosten für den Betrieb des Gerätes zu sparen. Die übliche Art derartiger Wärmeaustauscher bestand aus einem sich drehenden vielflügligen Gebläserad mit Wärmespeicher- und Feuchtigkeitsaufnahmeeigenschaften, bei welchem die von der zugehörigen Belüftungsvorrichtung erzeugten Saug- und Ausstoßströme überbrückt wurden. Hieraus ergab sich der Nachteil, daß solche Wärmeaustauscher kompliziert und schwierig bei der Herstellung sind, während die für den drehenden Teil erforderliche Festigkeit dessen Ausbildung aus dicken Elementen notwendig macht. Weiter waren die Wärmeaustauscher in ihrem kreisförmigen Quer-

™ schnitt begrenzt.

In letzter Zeit neigt man dazu, Kraftfahrzeuge mit einer Kühleinrichtung zusätzlich zur Heizeinrichtung auszurüsten. Wenn entweder die Heiz- oder die Kühleinrichtung in Betrieb ist, während die zugehörigen Fenster geschlossen gehalten wer- , den, um das Innere des Fahrzeugs gegenüber außen zu isolieren, wird die Luft im Fahrzeug innerhalb kurzer Zeit verbraucht sein,

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da der Innenraum klein ist. Dies hat zu der Notwendigkeit geführt, manchmal die Fenster zu öffnen oder frische Außenluft in das Innere Über einem zum Zwecke der Belüftung.eingebauten Lufteinlaß einzuführen. Infolge der geringen Kapazitäten der Heiz- und Kühlvorrichtung konnte von der Wirkung dieser Einrichtungen nicht viel erwartet werden, wenn zuviel frische Luft in das Fahrzeug eingeführt wurde.

Entsprechend ist es das Ziel der Erfindung, einen einfachen billigen Wärmeaustauscher vorzusehen, der keine beweglichen Teile enthält und welcher geeignet ist, einen Temperatur- und Feuchtigkeitsaustausch zwischen Saug- und Ausstoßströmen zu bewirken, welche durch die zugehörige Belüftungsvorrichtung hervorgerufen werden. Weiter soll durch die Erfindung· ein neuer und verbesserter Wärmeaustauscher für die Verwendung in einem Kraftfahrzeug zur Belüftung des Fahrzeuginnern ohne Verschlechterung der Kühl-'oder Heizwirkung je nach Bedarf zur Verfügung gestellt werden.

Dieses Ziel wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Vielzahl von flachen Blättern aus einem thermisch leitenden und feüchtigkeitsdurchlässigen Material übereinander in vorbestimmten, im wesentlichen gleichen Abständen und unter Bildung von Spalten dazwischen angeordnet sind, und daß Einrichtungen zum Führen eines primären Luftstromes durch jeden zweiten der Spalte in einer Richtung und eines sekundären Luft· stromes durch die verbleibenden Spalte in einer Richtung, welche die erste Richtung kreuzt.

In einer zweckmäßigen Ausführungsform der Erfindung können die Blätter die Form von Quadraten aus Japanpapier

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haben, und die Einrichtungen zur Führung der Ströme können zwischen den Blättern angeordnete gewellte Abstandshalter sein, von denen jeder zweite in den entsprechenden Spalten im wesentlichen zu einer Seite des Quadrats parallele Luftkanäle mit den zugehörigen Blättern bildet, und die übrigen mit den zugehörigen Blättern in den verbleibenden Spalten Luftkanäle im wesentlichen parallel zur anschließenden Seite des QuaVats bilden.

Die Blätter können auch aus einem thermisch leitenden Blechrnaterial mit Lüftungs poren sein, und jeder zweite Spalt kann an gegenüberliegenden Seiten geschlossen sein, während die übrigen Spalte an den entsprechenden anderen beiden Seiten geschlossen sind.

Um den Wärmeaustauscher in einem Kraftfahrzeug einzubauen, kann dieses mit einer Saugleitung, welche sich in einem Teil mit erhöhtem Luftdruck Infolge des durch die Fahrt hervorgerufenen Winddrucks öffnet, und mit einer Ausstoßleitung, welche sich in einem Teil mit geringerem Luftdruck als beim ersten Teil infolge des während der Fahrt auftretenden Windes öffnet, ausgerüstet sein. Der Wärmeaustauscher kann dann derart im Schnittpunkt der Saug- und Ausstoßleitung angeordnet sein, daß eine der Leitungen mit den jeweils zweiten Spalten des Wärmeaustauschers in Verbindung steht, während die andere Leitung mit den übrigen Spalten verbunden ist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben.

Es zeigen

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Pig. 1 eine perspektivische Teilansicht eines nach dem Stand der Technik aufgebauten Wärmeaustauschers zur Verwendung mit einer Belüftungsvorrichtung mit weggebrochenen Teilen zur Darstellung des inneren Aufbaus,

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Wärmeaustauschers,

PigO eine perspektivische Ansicht eines Teils des Wärmeaustauschers in Fig. 2,

Fig.4a eine schematische Draufsicht auf die durch den Wärmeaustauscher in Fig. 2 fließenden Luftströme,

Fig.4b und 4c Kuryenbilder, welche die Temperaturverteilung auf der Auslaßseite der·in Fig. 4a gezeigten Luftströme zeigen,

Fig. 5 ein Kurvenbild, in welchem die Temperaturverteilungen nach Fig. 4b und 4c in einem.gemeinsamen Bild für Vergleichszwecke aufgetragen sind,

Fig. 6 ein Kurvenbild, in welchem Temperatur und absolute Feuchtigkeit auf der Auslaßseite des Saugstromes über der Durchflußleistung von Luft für eine Ausführungsform der Erfindung in einer Betriebsweise aufgetragen sind,

Fig. 7 ein Kurvenbild ähnlich Fig. 6 für eine andere Betriebsweise der Ausführungsform,

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Fig. 8 ein Kurvenbild, in welchem die Wirkungsgrade des Temperatur-, Feuchtigkeits- und gesamten Wärmeaustausches, wie sie auf der Grundlage der in Fig. 6 und 7 gezeigten Daten berechnet sind, über der Durchflußleistung von Luft aufgetragen sind,

Fig. 9 ein Kurvenbild ähnlich Fig. 8, jedoch für eine andere Ausführungsform der Erfindung,

Fig. Io eine perspektivische Ansicht einer Modifikation der Erfindung,

Fig. 11 eine perspektivische Ansicht einer weiteren Modifikation der Erfindung und

Flg. 12 eine schematische Seitenansicht eines Kraftfahrzeugs mit eingebauter erfindungsgemäßer Vorrichtung, wobei Teile weggebrechen sind, um die Art des Einbaus des erfindungsgemäßen Wärmeaustauschers zu zeigen.

In Fig. 1 ist ein Wärmeaustauscher bekannter Konstruktion dargestellt, wie er in Belüftungsvorrichtungen verwendet wird. Die dargestellte Anordnung enthält einen elektrischen Antriebsmotor 1 mit einer Antriebswelle 2, und einen Hauptkörper 3 des Wärmeaustauschers, welcher eine Drehwelle 4, die mit der Antriebswelle 2 des Motors verbunden ist, und eine Vielzahl radialer Flügel 5 aufweist, welche in im wesentlichen gleichen Winkelintervallen auf der Drehwelle 4 befestigt sind. Die Flügel 5 sind aus einem geeigneten Material geformt, welches Wärmespeicher- und Feuchtigkeitsaufnahmeeigenschaften hat. Der

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Hauptkörper 3 des Wärmeaustauschers ist von einem zylindrischen ,Windkanal oder- tunnel 6 umgeben, von dem nur ein Teil in Pig. I dargestellt 1st. .

Im Betrieb treibt der Antriebsmotor 1 den Hauptkörper 3 des Wärmeaustauschers so an, daß er sich in Richtung des Pfeiles A in Pig. 1 dreht. Andererseits wird der Saugstrom durch den Bereich der oberen Hälfte des sich drehenden Hauptkörpers 3 in Richtung des Pfeiles B in Pig. I geführt, während der Ausstoßstrom durch den Bereich dessen unterer Hälfte in Richtung des Pfeiles C in Pig. 1 geführt wird. Unter diesen Umständen werden die im Bereich der unteren Hälfte des Hauptkörpers 3 des Austauschers befindlichen Flügel 5 durch den Auslaßstrom Je nach Bedarf gewärmt oder gekühlt und befeuchtet oder entfeuchtet, während sie aufeinander folgend in den Bereich der oberen Hälfte des Hauptkörpers 3 bewegt werden, wenn dieser in Richtung des Pfeiles A gedreht wird. Die den Bereich der oberen Hälfte des Hauptkörpers 3 des Austauschers erreichenden Flügel bewirken, daß der Saugstrom gewännt oder gekühlt und befeuchtet oder entfeuchtet wird, bis dieser Strom sich dem Zustand der Luft im zugehörigen Raum nähert. Der Temperatur- und der Fauch* tigkeitsaustausch zwischen dem Saug- und dem Ausstoßstrom werden also mittels der sich drehenden Flügel 5 vorgenommen. Dieses 1st der gesamte Wärmeaustausch, der zwischen beiden Strömen bewirkt, wird.

Der in Flg. 1 gezeigte Wärmeaustauscher wurde zu einem gewissen Ausmaß zufriedenstellend als BeIUftungsvorrichtung zum Bewirken des gesamten Wärmeaustausches zwischen den Saug- und Ausstoßströmen für praktische Zwecke betrieben. Der Wärmeaustauschteil des drehbaren Aufbaus von Wärmeaustauschern, bei-

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spielsweise gezeigt in Pig. X, hat jedoch zu verschiedenen Nachteilen geführt. Zum Beispiel ist der drehbare Teil kompliziert im Aufbau sowie schwierig und teuer herzustellen. Weiter konnte der drehbare Teil nur mit kreisförmigem Querschnitt hergestellt werden, was andererseits zu einem kreisförmigen oder nahezu kreisförmigen Querschnitt der gesamten Vorrichtung führte. Die gesamte Vorrichtung konnte daher nicht in eine Längsform gebracht werden, um ihr ein angenehmes Aussehen zu geben.

Durch die Erfindung sollen die oben beschriebenen Nachteile bekannter Einrichtungen vermieden werden.

In Fig. 2 ist ein entsprechend der Erfindung aufgebauter Wärmeaustauscher gezeigt. Der dargestellte Wärmeaustauscher 2o besteht aus einer Vielzahl von flachen Wänden oder Blättern 22 in der Form von Quadraten, welche übereinander mit vorbestimmten, Im wesentlichen gleichen Abständen zur Bildung von Spalten angeordnet sind, und geweilten Abstandhalten! 24 in jedem der Spalte, so daß die Blätter 22 zu einem vielschichtigen Stapel geschichtet sind. Die Scheitel der Wellen jedes zweiten gewellten Abstandshalter 24 sind im wesentlichen parallel zu einer Seltenkante der Blätter 22 ausgerichtet, um Luftkanäle 26 zwischen benachbarten Blättern zu bilden. Die Scheitel der Wellen der verbleibenden Abstandhalter 24 sind im wesentlichen parallel zu der anderen Seitenkante der Blätter 22 ausgerichtet, uin weitere Luftkanäle 28 zwischen benachbarten Blättern zu bilden. Im dargestellten Beispiel verlaufen die Luftkanäle 26 im wesentlichen senkrecht zu den Luftkanälen 28. Zum Beispiel bildet der oberste Abstandhalter 24 Luftkanäle 25 im wesentlichen parallel zur rechten Seite, wie sie vollständig

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in Pig. 2 des Stapels zu sehen ist, zwischen dem obersten und dem folgenden Blatt 22, um einen Luftstrom in Richtung des Pfeiles D in Pig. 2 durchströmen zu lassen, jedoch einen Luftstrom in Richtung des Pfeiles E in Pig. 2 am Durchströmen zu hindern. Ähnlich bildet der unterste Abstandhalter 24 Luftkanäle 28, welche im wesentlichen parallel zur linken Seite, wie sie vollständig in Pig. 2 des Stapels zu sehen ist, zwischen dem untersten und dem folgenden Blatt 22 verlaufen, um einen Luftstrom in Richtung des Pfeiles E durchströmen zu lassen, jedoch einen Luftstrom in Richtung des Pfeiles D am Durchströmen zu hindern. Es ist also zu erkennen, daß die in Richtung^der Pfeile D und E strömenden Luftströme im Wärmeaustauscher vollständig voneinander getrennt sind.

Die Blätter sollten aus einem geeigneten, thermisch leitenden und f euchtigkeitsdtrchlassigen Material, z.B. Japanpapier, hergestellt sein. Der gewellte Abstandhalter 24 ist in Fig. 3 mit dreieckförmiger Wellenform gezeigt. Es versteht sich jedoch, daß der Abstandhalter 24 auch sägezabnförmig oder sinusförmig oder in einer anderen Form gewellt sein kann.

Der Betrieb des Wärmeaustauschers 2o soll nun in Zusammenhang mit Fig. 4a, b und c im einzelnen beschrieben werden. In Pig. 4a ist der Wärmeaustauscher 2o schematisch als Block dargestellt. Die gewärmte Luft oder Sekundärluft tritt in den Wärmeaustauscher 2o auf seiner Einlaßseite 7o ein, bildet Ausstoßströme 72 entlang¹ der Luftkanäle 26 oder 28 zwischen den Abstandhaltern 24 und vedäßt den Wärmeaustauscher 2o auf

•lo-

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der Auslaßseite 74. Ähnlich tritt Primärluft oder kalte Luft in den Wärmeaustauscher 2o auf dessen Einlaßseite Jb senkrecht zur Einlaßseite 7o für die Sekundärluft ein, bildet Saugströme 78 und verläßt den Wärmeaustauscher an dessen Auslaßseite 80. Hierdurch wird ein Temperaturaustausch zwischen den Primär- und Sekundärströmen bewirkt, in diesem Falle hat die gewärmte oder Sekundärluft eine Temperaturverteilung, wie sie durch die Kurve a in Fig. 4b gezeigt ist, in welcher die Temperatur t über einer Strecke aufgetragen ist, die entfernt vom einen Ende der Auslaßseite 74 dieser entlang verläuft, wobei die Punkte ^P1V ^P 23 ^{unci P} T5 S^edacnte Schnittpunkte der Ausstoßstränge 72 und des Saugstroms 78 sind, welcher am nächsten zur Auslaßseite 74 für den AusstoSstrom 72, wie in Fig. 4a gezeigt, verläuft. Aus Fig. 4b ist zu sehen, daß die Temperaturen an den Punkten P., und P.,., ein Maximum bzw. ein Minimum sind und die mittlere Temperatur gleich der Temperatur am Punkt Pp-, ist. Die Primär- oder Kaltluft hat eine Temperaturverteilung, wie sie in Kurve b in Fig. 4o ähnlich Fig. 4b gezeigt ist. Die Punkte P,,, P₁₂ und P,^ stellen gedachte Schnittpunkte zwischen den Saug- oder Primärströmen 78 und jenem Ausstoß- oder Sekundärstrom 72 dar, welcher der Auslaßseite 80 für den Saugstrom am nächsten verläuft. Wie in dem erwärmten Ausstoßstrom sind die Temperaturen an den Punkten P₁₁ und P₁^ der kalten Ströme ein Maximum bzw. ein Minimum, während die mittlere Temperatur gleich der Temperatur am Punkt P₁₂ ist.

Zum Vergleich sind die in Fig. 4b und c gezeigten Kurven a und b zusammen in Fig. 5 aufgetragen, wobei t , und t « die maximale Temperatur auf der Einlaßseite und die mittlere Tempe- ' ratur auf der Auslaßseite des Sekundär- oder Ausstoßstromes in ⁰C und t . und t ₂ die maximale Temperatur auf der Einlaßseite

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und die mittlere Temperatur auf der Auslaßseite des Primäroder-Saugstromes in ⁰C bedeuten. Aus Fig. 5 ist zu ersehen, daß die maximale Temperatur der Ausstoßströme 72 auf der Auslaßseite (welche der Temperatur am Punkt P., entspricht) ungefähr gleich der minimalen Temperatur der Saugströme 78 auf der Auslaßseite (welche der Temperatur am Punkt P,., entspricht) 1st. Entsprechend ist die mittlere Temperatur der Saugströme auf der Auslaßseite oder am Punkt P₁₂ beträchtlich höher als die der Ausstoßströme auf der gleichen Seite oder am Punkt P₀,

Wie oben beschrieben, sind die Blätter 22 des Wärmeaus- ~ tauschers 2o auch feuchtigkeitscLurchlässig, so daß die in den Ausstoßströmen 72 enthaltene Feuchtigkeit auf die Saugströme 78 übertragen wird, bis die Ausstoß- und Saugströme einander entsprechende Feuchtigkeitsverteilungen aufweisen, und streng genommen die absolute Feuchtigkeit ähnlich den oben beschriebenen Temperaturverteilungen ist. Daher weisen die Saug-oder Primärströme eine beachtlich höhere mittlere Feuchtigkeit auf der Auslaßseite auf als die Ausstoß- oder Sekundärströme, wobei die mittlere Enthalpie auf der Auslaßseite beachtlich höher in den Saugströmen 78 als in den Ausstoßströmen 72 ist.

Unter Verwendung der oben definierten Temperaturen t_wl* m t ~, t . und t _o hat der Wärmeaustauscher 2o einen Wirkungs-

W«2 Cl Od

grad des Temperaturaustausches E₁ für die Primärströme, wie er durch die Gleichung

E, =

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- °cl

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ausgedrückt wird, und ähnlich einen Wirkungsgrad des Temperaturaustausches Ep für die Sekundärströme, wie er durch die Gleichung

- ^fccl

" ^tcl

ausgedrückt wird.

w Weiter hat der Wärmeaustauscher 2o Wirkungsgrade des

Feuchtigkeitsaustauschers H₁ und Hp für die Primär- und Sekundärströme, wie sie durch die Gleichungen

^hwl - ^h«2

und

H₂ -

^hc2 - ^hcl

ausgedrückt werden,

wobei h . = Feuchtigkeit auf der Einlaßsoite des Sekundärstroms,

hg = mittlere Feuchtigkeit auf der Auslaßseite des

Sekundärstromes, h , - Feuchtigkeit auf der Einlaßsuite des Primärstro"is

und h_o2 = mittlere Feuchtigkeit auf der Auslaßseite des Primärstrorns.

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Weiter warden die Wirkungsgrade des gesamten Wärmeaustausche« U₁ und U₂ für die Primär- und Sekundärströme unter 'Berücksichtigung sowohl des Temperatur- als auch des Feuchtig keitsaustausches durch die Gleichungen

- ^uw2

^Uwl - ^ucl

„ ^{2 =}

^{2 =} %1 - ^Ucl

ausgedrückt,

wobei u , - Enthalpie auf der Einlaßseite des Sekundärstroms, Up= mittlere Enthalpie auf der Auslaßseite des Sekundärstromes,
u , -- Enthalpie auf der Einlaßseite des Primärstroms,

GX .

und Up= mittlere Enthalpie auf der Auslaßseite des Primärstroms .

In einem Beispiel bestanden die Wände oder Blätter 22

in Fig. 2 aus Quadraten mit Ho mm Kantenlänge aus Japanpapier

2 mit einer Dicke oder einem Grundgewicht von ¹Jo g/cm und mit 5 Gew.-% synthetischem Fasermaterial. Andererseits waren die in Fig. 2 gezeigten Abstandhalter 24 aus Packpapier, mit einer Dicke oder einem Grundgewicht von 12o g/cm derart hergestellt daß sie in dreieckförmige Wellenform mit einer Amplitude von

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etwa 1,8 mm Spitze zu Spitze und einer Wellenlänge von etwa 2,1 mm gewellt waren. Dann wurden die Blätter abwechselnd mit gewellten Abstandhaltern übereinandergeschichtet, um Stapel

mit Ho Lagen und einer Gesamthöhe von 22o mm zu bilden, wobei ein Abstand von etwa 1,8 mm zwischen jedem Paar benachbarter Blätter eingehalten wurde. Mit geeigneten nicht gezeigten Mitteln wurden hierauf die Stapel in einen einheitlichen Aufbau geformt, um einen Wärmeaustauscher zu ergeben.

Der so hergestellte Wärmeaustauscher wurde unter solche Betriebsbedingungen gestellt, daß der zugehörige Raum auf einer Temperatur t . von 2o°C bei einer relativen Feuchtigkeit h . von oder einer absoluten Feuchtigkeit von o,oo72 kg/kg trockener Luft gehalten werden sollte, wie es während des Winters zur Heizung den Raumes erforderlich ist, wobei die Außenluft eine Temperatur t , von 5°C und eine relative Feuchtigkeit h ,

OX CX

von 65$ oder eine absolute Feuchtigkeit von o,ooj55 kg/kg trockener Luft aufwies, Hierauf wurden der Sekundärstrom aus dem Raum und der Primärstrom aus dem Freien, v*ie In Zusammenhang mit Fig. 2 beschrieben, durch den Wärmeaustauscher geschickt, während beide Ströme sich in der Durchflußleistung änderten, jedoch ständig gleiche Durchflußleistungen in Bezug aufeinander aufwiesen. Unter diesen Umständen wurden die Temperatur t ₂ und die Feuchtigkeit h ~ auf der Auslaßseite der Sekundärströme und die Temperatur t ~ ¹^ Feuchtigkeit h _ auf der Auslaßseite der Primärströme gemessen. Die mittleren Werte der entsprechenden Parameter, welche durch die Messung bestimmt wurden, , sind in Fig. 6 aufgetragen, wobei längs der Abszissenachse die Durchflußleistung von Luft in nr/m» der Primär- bzw. Sekundär-

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ströme und längs der Öäinatenachse die absolute Feuchtigkeit in kg/kg trockener Luft bzw. die Temperatur in ⁰C aufgetragen sind.

Der Wärmeaustauscher wurde auch unter solche Betriebsbedingungen gestellt, daß der Raum auf einer Temperatur t ^ von 25°C und einer relativen Feuchtigkeit h . von 5°# oder einer absoluten Feuchtigkeit von O,öl kg/kg trockener Luft gehalten werden sollte, wie es während des Sommers zur Kühlung des Raumes erforderlich ist, wobei die Außenluft die Temperatur t , von Jo⁰C und eine relative Feuchtigkeit h . von 5°# oder eine absolute Feuchtigkeit von o,o215 kg/kg trockener Luft aufwies. Unter diesen Bedingungenwurden die oben beschriebenen Messungen wiederholt, um die mittleren Werte der verschiedenen Parameter, wie in Fig. 7 aufgetragen, zu erhalten.

Aus Fig. 6 und 7 ist zu sehen, daß bei Verwendung des obengenannten Wärmeaustauschers zum Bewirken des gesamten Wärmeaustausches zwischen den Primär- und Sekundärströmen der Primärstrotn dem zugehörigen Raum zugeführt wird, während er in einem Zustand im wesentlichen gleich dem Luftzustand im Raum sowohl bei Heizbedingungen im Winter als auch bei KUhlbedingungen im Sommer gehalten wird.

Auf der'Grundlage der in Fig. 6 und 7 gezeigten Daten wurden die Wirkungsgrade des Temperaturaustausches (E₂)a, des FeuchtigkeitsaustauschesilOa und des gesamten Wärmeaustausches (U₂) ■'* eier Saugströme so berechnet, daß ihre Größen im wesentlichen unverändert zwischen den Heizbedingungen im Winter und den Kühlbedingungen im Sommer bUeben, wie es in Fig. 8 gezeigt ist, wo längs der Abszissenachse die Durchflußleiäung von Luft

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in nr/inin und4ängs der Ordinatenachse die Wirkungsgrade der

jeweiligen Parameter in % aufgetragen sind. Die Kurven sind mit Bezugszeichen bezeichnet,' welche den in Fig. 6 und 7 verwendeten Parametern entsprechen.

Welter wurden Wärmeaustauscher, wie in Fig. 2 gezeigt, aus Japanpapier mit (^o Gew. -% eines synthetischen Faserrnaterials, welches bei Schleifpapier verwendet wird, und aus Kentpapier. hergestellt. Das heißt, das Japanpapier wurde in Quadrate mit Io5 mm Kantenlänge geschnitten, um Blätter 22, wie in Fig-2 gezeigt, herzustellen, und das Kentpapier wurde in gewellte Abstandhalter 24, wie in Fig. J5 gezeigt, geformt. Dann wurden die so geformten Blätter und Abstandhalter zu einem einheitlichen Aufbau aus einem Stapel von 144 Lagen mit einer Gesamtlänge von 325 mm und einem Abstand von 2,ο bis 2,5 mm zwischen jedem Paar benachbarter Blätter, wie oben beschrieben, zusammengefügt.

Die Messungen, wie in Zusammenhang mit Fig. 6 und 7 beschrieben, wurden wiederholt, um die Wirkungsgrade des Teinperaturaustausches Ep, des Feuchtigkcitsaustausches Hp und des gesamten Wärmeaustausches Up, wie in Fig. 9 gezeigt, zu erhalten. Während Fig. 9 ähnlich Fig. 8 ist, ist zu bemerken, daß die verschiedenen Wirkungsgrade über der Durchflußleistung von Luft unter zwei verschiedenen Sätzen von Betriebsbedingungen aufgetragen sind. I:;i einzelnen v.-urdon die !T₁ it den Bezugszeichen (Ep)b, Hp)b und (Up)b bezeichneten Kurven bei einem Unterschied zwischen den Teuperaturen auf den Einl'ißseiten der Sekundär- und Primärströnie Im Bereich von 7° bis ]2°C und bei einem Unterschied in der absoluten Feuchtigkeit auf den Einlaßseiten beider Ströme ir:i Bereich von 0,03 bin o,o49kg/kg trockener Luft

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erhalten. Wenn diese Unterschiede in Temperatur und Feuchtigkeit sich im Bereich von 2o bis 25°C bzw. von o,ooo4 bis o,o12j5 kg/kg trockener Luft bewegen, werden die entsprechenden Wirkungsgrade·durch die Kurven (Ep)c, (Hp)c und (U₂)c ausgedrückt.

Aus Fig. 9 ist zu sehen, daß die Wirkungsgrade des Temperaturaustausches Ep, des Feuchtigkeitsaustausches Hp und des gesamten Wärmeaustausches Up weder durch Unterschiede zwischen den Temperaturen noch den Feuchtigkeiten auf den Einlaßseiten der Sekundär- und Primärströme si^k beeinflußt werden, sondern sich wesentlich mehr mit der Durchflußleistung jedes Stromes ändern. Aus Fig. 9 geht hervor, daß für die' Durchflußleistung von etwa o,5 m /min die Wirkungsgrade des Temperaturaustausches Ep, des Feichtigkeitsaustausches Hp und des gesamten Wärmeaustausches Up etwa 8o$, 6o$ bzw. "Jo% betragen, während bei einer Durchflußleistung von etwa 2,5^ /min diese Wirkungsgrade alle um etwa 2o bis Jo^ abgenommen haben.

. Es ist daher zu erkennen, daß die oben beschriebenen . Wärmeaustauscher für die Verwendung in Belüftungsvorrichtungen für den Austausch der Raumluft mit frischer Außenluft in geringen Mengen geeignet sind.

Während der Wärmeaustauscher in Fig. 2 mit quadratischem Querschnitt gezeigt war, versteht es sich, daß er jede andere geeignete Form haben kann. Die Blätter und Abstandhalter können beispielsweise rautenförmig oder kreisförmig sein, während die Ausstoßkanäle und die Saugkanäle einander unter entsprechenden Winkeln schneiden, die andere als rechte Winkel sind. Wie oben

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beschrieben, können auch die gewellten Abstandhalter eine andere Wellenform aufweisen, wenn dies gewünscht wird. Z.B. können sie in sägezahiäförmiger, sinusförmiger, rechteckiger oder einer anderen gewünschten Wellenform gewellt sein.

Pig. Io zeigt eine Modifikation der Erfindung. Die dargestellte Anordnung besteht aus einer oberen Platte 50 und einer unteren Platte 32, welche im Abstand zueinander parallel angeordnet sind, und einer Vielzahl von flachen Wänden oder Blättern

mit

y\, welche UberHnander vorbestimmten, im wesentlichen gleichen Abständen unter Bildung von Spalten zwischen sich und zwischen den Platten und den benachbarten Blättern angeordnet sind. Die Platten 30 und 32 und die Blätter y\ sind einander in der Form gleich und können z.B., wie in Pig. Io gezeigt, quadratisch sein. Die Blätter 3^ sind aus einem geeigneten metallischen Material, wie Aluminium, in der Form eines thermisch leitenden Blechs und haben eine Vielzahl Lüftungsporen. Jeder zweite der Spalte zwischen den Platten Jo und 32 und den Blättern 3^ weist Seitenplatten 3'^ auf, die jeweils ein Paar gegenüberliegender Seiten des Spaltes abschließen, und die verbleibenden Spalte haben Seitenplatten ^)C, die jeweils die anderen Paare voneinander gegenüberliegenden Seiten der Spalte, wie in Fig. Io gezeigt, abschließen.

Entsprechend haben die ersten Spalte öffnungen 38 an entsprechenden Paaren von gegenüberliegenden Seiten des Stapels, der aus Platten und Blättern gebildet ist, und die verbleibenden Spalte öffnungen 4o auf den entsprechenden anderen zwei gegenüberliegenden Seiten des Stapels. Die Seitenpfetten 36 dienen auch als Abstandhalter, um die Blätter 3^ in vorbe-

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stimmten Abständen zu halten.

In der dargestellten Anordnung kann einer der Luftströme, z.B. der primäre Luftstrom, durch die ersten Spalte mit den öffnungen J>8 in Richtung des Pfeiles P in Pig. Io geführt werden, während der andere oder sekundäre Luftstrom durch die verbleibenden Spalte mit den öffnungen 4o in Richtung des Pfeiles G in Pig. Io geführt werden kann. Als Ergebnis schneidet der Primärstrom die Sekundärströme unter einem Winkel von im wesentlichen 9ό°, und der Temperatur- und Feuchtigkeitsaustausch zwischen den beiden Strömen wird über die Lüftungsporen in den Blättern Jk bewirkt.

Es hat sich gezeigt, daß 'die Anordnung nach Fig. Io Wirkungsgrade des Temperatur-, Feuchtigkeits» und gesamten Wärmeaustausches Eg» H₂ und Up ähnlich den in Fig. 9 gezeigten aufweist.

Eine weitere Modifikation der Erfirumg ist in Fig. 11 gezeigt, wobei gleiche Bezugszeichen identische Teile wie in Fig. 2 gezeigt bezeichnen. Jeder der gewählten Abstandhalter 24 weist einen Führungsteil 42 mit keilförmigem Querschnitt auf, welcher integral -?,n dessen beiden Seiten parallel zu den Scheiteln der^Wellen und mit dem spitzen Endo in Richtung der Oberstromseite des zugehörigen Stroms ausgebildet ist. Die Führungsteile 42 dienen als Hilfe- bei der Führung der Primär- und Sekundärströme durch die Luftkanalt- 26 oder 28, welche in den Spalten unmittelbar über oder unter dem Spalt mit dem Führungsteil verlaufen. D.h., jeder der Ströme strömt glatt in

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die entsprechenden Luftkanäle, ohne daß ihm nennenswerter Wlarstand entgegengesetzt :?ird. In weiterer Hinsicht ist die Anordnung im wesentlichen identisch mit der in Fig. 2 gezeigten.

Wie in der Anordnung in Fig. 2 können die Blätter und Abstandhalter, wie sie in Fig. 11 gezeigt sind, außer der quadratischen auch jede andere Form aufweisen. Z.B. können sie kreis- oder rautenförmig sein. In diesem Falle wird der Winkel , unter welchem sich die Luftkanäle für den Primärstrom mit denen für den Sekundärstrom schneiden, entsprechend verändert.

In Fig. 12 ist ein Kraftfahrzeug gezeigt, in welches ein erfindungsgemäßer Wärmeaustauscher eingebaut ist. Das Kraftfahrzeug ist allgemein mit der Bezugsziffer loo bezeichnet und besteht aus einem Vorderteil Io2, einem rückwärtigen Teil Io4, Fenstern loö auf beiden Seiten, von denen nur die Fenster einer Seite gezeigt sind, einer Bodenplatte Io8, Vorderrädern Ho und hinteren Rädern 112. Dor Innenraum Il4 des Fahrzeugs ist schematisch als durch eine gestrichelte Linie begrenzt gezeigt. Eine Saugleitung 116 weist eine Saugöffnung 118 am Vorderende des Fahrzeugs auf und läuft durch den Vorderteil Io2 in den Innenraum 114 im vorderen unteren Teil. Eine Ausstoßleitung 12o hat eine Ausstoßöffnung 122 an der Bodenplatte Io8 und ist mit der Saugleitung 116 in einem Zwischenber&ich 124 verbunden, wo die Saugleitung Il6 die Ausstoßleitung 12o schneidet.

In dem Zwischenbereich ist ein erfindungsgemäßer Wärmeaustauscher 126, der wie in Fig. 2 gezeigt, aufgebaut seinicann, so angeordnet, daß die Fläche mit den öffnungen für die primären Luftkanäle mit dom anderen Ende der Saugleitung 116 abschließt,

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BAD OBiGINAL

"während die Fläche mit den Öffnungen für die sekundären Luftkanäle mit dem anderen Ende der Ausstoßleitung 12o abschließt. Der Zwischenbereich 124 weist weiter eine sieh in den Innenraum Il4 öffnende und mit den primären Luftkanälen in Verbindung stehende Ausstoßöffnung 128 und eine sich in den Innenraum 114 öffnende und mit den sekundären Luftkanälen in Verbindung stehende Saugöffnung Ij3o auf.

Während der Fahrt des Kraftfahrzeuges loo drückt der Wind gegen den* Vorderteil Io2 und erzeugt einen Winddruek an diesem, wodurch der Luftdruck im Bereich des Vorderteils Io2 W größer als der Luftdruck im Innenraum 114 wird. Hierdurch wird die Außenluft an dem Vorderteil Io2 durch die Saugöffnung 11.8, die Saugleitung 116, den Wärmeaustauscher 126 und von hier über di Ausstoßöffnung 13o dem Innenraum Il4 zugeführt. Wenn die Fenster Io6 geschlossen bleiben, bewirkt die Zufuhr von Außenluft einen Luftdruck im Innenraum 114, welcher die in diesem Innenraum 11.4 vorhandene Luft durch die Ausstoßöffnung 128, den Wärmeaustauschar 126, die Ausstoßleitung 12o und von da nach außerhalb des Fahrzeugs durch die AusstoßÖffnung 122 strömen läßt. Infolgedessen wird der Innenraum Ii4 belüftet, während ein Temperatur- und Feuchtigkeitsaustausch oder ein gesamter Wärmeaustausch zwischen den Saug» und Ausstoßströmen von Luft ^m durch den Wärmeaustauscher 126 in der oben beschriebenen Weise ^J bewirkt werden. Die Belüftung wird daher bewirkt, während der Innenraum Il4 in angenähert adiabatischem Zustand in Bezug auf das Äußere des Fahrzeugs gehalten wird. Dies hat den Vorteil, daß die Luft im Fahrzeug frisch und angenehm gehalten Wird, ohne die Heiz- oder Kühlwirkung auf den Innem^m des Fahrzeugs zu verschlechtern.

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ORiGlNAL. INSPECTED

Zusammengefaßt werden nach der Erfindung eine Vielzahl flacher, thermisch leitender feuchtigkeitsdurchlässiger Blätter übereinander mit vorbestimmten gleichen Abständen zueinander angeordnet. Die primäre Luft strömt durch jeden zweiten
der zwischen den Blättern gebildeten Spalte in einer Richtung, während die sekundäre Luft durch die verbleibenden Spalte in einer anderen Richtung strömt, welche die erste Richtung
schneidet.

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009838/16U

ORIGINAL INSPECTED

Claims

Pat en tans ρ r ü c h e

\ly Wärmeaustauscher, dadurch g e k e ηη ζ e i c h η e t, daß eine Vielzahl von flachen Blättern (22, 34) aus einem thermisch leitenden und feuchtigkeitsdurchlässigen Material übereinander in vorbestimmten, im wesentlichen gleichen Abständen und unter Bildung von Spalten dazwischen angeordnet sind, und daß Einrichtungen (24, 36) zum Führen eines primären Luftstromes durch Jeden zweiten der Spalte in einer Richtung (D) und eines sekundären Luftstromes durch die verbleibenden Spalte in einer Richtung (E), welche dLe erste Richtung (D) kreuzt.

2* Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch ge - ' kenn ze lehne t , daß die Einrichtungen zum Führen der Luftströme durch die Spalte gewellte Abstandshalter (24) sind* welche in Jedem zweiten Spalt angeordnet Luftkanäle (26) im wesentlichen parallel zur Richtung (D) des primären Luftstromes und In den verbleibenden Spalten angeordnet Luftkanäle (28) Im wesentlichen parallel zur Richtung (E) des zweiten LuftStroms bilden»

3· Wärmeaustauscher na#h einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch g e k e η η ζ e ic h η e t , daß die Blätter (22) aus Japanpapier sind*

4, Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Blätter (34)

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aus thermisch leitendem Blechmaterial sind und eine Vielzahl von LUftungsporen aufweisen.

5. Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet", daß er jeweils ein Paar PUhrungsteile (42) mit keilförmigem Querschnitt an Je zwei einander gegenüberliegenden Seiten der Spalte aufweist, wodurch einer der Luftströme am Strömen aus diesem Spalt gehindert und der andere Luftstrom in die Spalte unmittelbar

w über und unter diesem Spalt geleitet wird.

6. BeIUfungseinrichtung zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug mit einer Saugleitung, welche sich in einem Teil öffnet, der infolge des Winddrucks hervorgerufen durch die Fahrt des Fahrzeugs einen vergrößerten Luftdruck aufweist, und einer Ausstoßleitung, welche sich in einen Teil öffnet, der infolge des Winddrucks durch die Fahrt des Fahrzeugs einen geringeren Luftdruck als der erste Teil aufweist, wobei die Saug- und Ausstoßleitungen eine AuAoßöffnung bzw. eine Saugöffnung in das Innere des Fahrzeugs aufweisen, und ein Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 5 in einem Bereich angeordnet

^ ist, in welchem sich die Saugleitung und die Ausstoßleitung ™ schneiden, dadurch gekennzeichnet, daß der primäre Luftstrom vom Äußeren des Fahrzeugs (loo) durch die Saugleitung (116), den Wärmeaustauscher (126) und die Ausstoßöffnung (128) der Saugleitung (H6) in das Innere des Äirzeugs und der sekundäre Luftstrom vom Inneren des Fahrzeugs durch die Saugöffnung (13o) der Ausstoßleitung (I2o), den Wärmeaustauscher (126), und die Ausstoßleitung (12o) nach außerhalb des Fahrzeugs strömt.

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ORlGfNAL INSPECTED