DE2514713A1

DE2514713A1 - Waermeaustauscher

Info

Publication number: DE2514713A1
Application number: DE19752514713
Authority: DE
Inventors: Charles Meldem
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1974-04-11
Filing date: 1975-04-04
Publication date: 1975-10-23
Also published as: FR2267533B1; NO138784B; NO138784L; NL7504241A; NO138784C; FR2267533A1; SE7503986L; DE7510564U; DK153475A; IT1034837B; NO751260L

Description

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Charles MELDEM MARTIGNY (Schweiz)

"Wärmeaustauscher

Die Erfindung betrifft die Ausbildung eines Wärmeaustauschers zur Ausnutzung der von der Abluft einer Belüftungs- oder Klimaanlage abgeführten Wärme zum Erwärmen der in die Anlage eingeführten Frischluft im Gegenstrom in parallelen Kanälen ohne direkte Verbindung untereinander mit wenigstens einem Eintritt und einem Aus« tritt für die zugeführte Frischluft und wenigstens einem Eintritt und einem Austritt für die Abluft.

Derartige Wärmeaustauscher sind bekannt, beispielsweise aus der DT-PS 1 Hl 221 und den deutschen Patentanmeldungen 2 053 718 und 2 201 559. Bei diesen Wärmeaustauschern werden die parallelen Kanäle erhalten aus Blechen mit grossen Abmessungen, die ziehharmonikaartig gewellt und an ihren Rändern zur Ausbildung von Taschen verschweisst sind. Diese bekannte Ausführung erfordert die Verwendung und die Handhabung von Blechen mit sehr grossen Abmessungen und dadurch folglich von sehr aufwendigen und sperrigen Maschinen. Ausserdem eignet sich diese Ausführung nicht für eine Herstellung mit bestimmten Abmessungen.

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Es ist auch schon die Verwendung von parallel zueinander angeordneten Platten bekannt, wodurch man leicht die Anzahl der Kanäle variieren kann, d.h. das Ausmass des Wärmeaustausches nach den gegebenen Verhältnissen. Derartige Ausführungen sind beispielsweise bekannt durch die DT-PS 371 614, die deutsche Patentanmeldung 1 501 586 und die OE-PS 111 325. Diese Ausführungen machen jedoch zahlreiche Hilfseinrichtungen erforderlich, wie Rahmen, Versteifungen, Verbindungen usw. , was die Konstruktion kompliziert und die Fertigungskosten des Wärmeaustauschers empfindlich erhöht.

Zweck der Erfindung ist die Schaffung einer Ausführung eines Wärmeaustauschers aus einfachen Einzelteilen und mit geringen Kosten, welcher von einer oder zwei Arten von Einzelelementen ausgeht, die wahlweise nebeneinander angeordnet werden können.

Ein solcher Wärmeaustauscher der eingangs erwähnten Art ist hierzu erfindungsgemäss gekennzeichnet durch metallische Einzelelemente aus rechteckigen Blechen, bei denen zwei benachbarte Ränder nach einer Seite der Blechebene und die beiden anderen benachbarten Ränder nach der anderen Seite der Blechebene umgebogen sind und die mit ihren umgebogenen Rändern so zusammensetzbar sind, dass jedes Blech eine um 180° geschwenkte Lage gegenüber den benachbarten Blechen einnimmt unter Ausbildung einer Aufeinanderfolge von Zwischenräumen, welche abwechselnd an der einen und dann an dar anderen Seite offen sind und die Strömungskanäle bilden.

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Mögliche und bevorzugte Ausführungsformen eines derartigen Wärmeaustauschers ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen, wobei zeigen :

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einer ersten Ausftthrungsiorm,

Fig. 2 einen Längsschnitt hiervon,

Fig. 3 eine Di-aufsicht auf ein Einzelelement dieser ersten Ausführung s form,

Fig. 4 einen Schnitt entlang IV-IV nach Fig. 2, Fig. 5 einen Schnitt entlang V-V in Fig. 2, Fig. 6 eine Teilansicht der Bleche im Schnitt,

Fig. 7 eine schematische Darstellung einer Belüftungs- oder Klimaanlage mit dem erfindungsgemässen Wärmeaustauscher,

Fig. 8a - 8d abgewandelte Ausführungsmöglichkeiten,

Fig. 9 eine Draufsicht auf eine Einrichtung mit zwei Wärmeaustauschern, die in Reihe angeordnet und mit einem Kondensationswasser sammler verbunden sind,

Fig. 10 im Schnitt Einzelelemente einer weiteren Ausführungsform, Fig. 11 und 12 vergrösserte Ausschnitte aus Fig. 10,

Fig. 13 im Schnitt Einzelelemente einer noch anderen Ausführungsmöglichkeit und

Fig. 14 eine Abwandlung der Ausführungsform nach. Fig. 13

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Der in den Figuren 1 bis 6 dargestellte Wärmeaustauscher besitzt ein quaderförmiges Aussengehäuse 1 mit vier Oeffnungen 2,3,4 und 5, die als Eintritts- bzw. Austritts öffnungen für die abgeführte bzw. zugeführte Luft dienen. Die Oeffnungen 2 und 4 liegen an zwei gegenüberliegenden Seitenflächen des Wärmeaustauschers, und zwar jeweils im oberen und unteren Bereich dieser Flächen, während die Oeffnungen 3 und 5 jeweils im oberen und unteren Teil des Wärmeaustauschers angeordnet sind.

Nach den Figuren 2 bis 5 enthält der Wärmeaustauscher mehrere Einzelelemente 6, die parallel in der Weise nebeneinander angeo rdnet sind, dass die Zwischenräume abwechselnd an der einen oder anderen Seite offen bzw. geschlossen sind. Hierzu haben diese Einzelelemente 6 jedes entlang zweier benachbarter Seiten einen Rand 7 und 7', welcher winkelig nach einer Seite der Blechebene umgebogen ist, während die beiden anderen benachbarten Seiten mit einem Rand 8, 8¹ versehen sind, welcher ebenfalls winkelig nach der anderen Seite der Blechebene umgebogen ist. Zwei aufeinanderfolgende Einzelelemente sind jeweils seitenverkehrt zusammengesetzt, wie es in den Figuren 4 und 5 zu erkennen ist. Man erhält auf diese Weise mehrere Luftströmungen deräbgeführten und der zugeführten Luft, die sich aufeinanderfolgend abwechseln ohne ddrekte Verbindung untereinander und vollkommen gegeneinander abgedichtet. Die Verbindung der Ränder untereinander erfolgt im al]ganeinen durch Vernieten, jedoch ist es auch möglich, diese Verbindung durch Verkleben oder Verschweissen mittels Punktschweissung auszuführen, obgleich die letztere Verbindungsart manchmal nicht leicht ist wegen der liefe und der Enge der Zwischenräume .

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Wie in Figur 6 dargestellt ist, ist das Profil der Austauschflächen mit einer Anzahl von Vorsprüngen 9 und Vertiefungen 10 versehen, was besonders geeignet ist zum Erzeugen einer "Wirbelung der beiden Luftströme, die im Gegenstrom aneinander vorbeiströmen. Eine solche Oeberfläche ist darüber hinaus technisch leicht durchzuführen.

Für einen derartigen Wärmeaustauscher sind verschiedene Ausführungs· formen möglich je nach der Anordnung der Eintritts- und Austritts öffnungen der Abluft und der Frischluft. Dadurch kann leicht die Form und Richtung der Eintritts- undAustrittsströmungen variiert werden, wobei lediglich zu berücksichtigen ist, dass der Wärmeübergang um so besser ist, je mehr Wirbelung der Luft auftritt.

Bei der Ausführungsform der Figuren 1 und 2 tritt der Strom der Abluft oder Frischluft bei der Oeffnung 2 im oberen Bereich einer Seiten» fläche des Wärmeaustauschers ein, während der Luft stromaustritt auf der Unterseite des Wärmeaustauschers stattfindet. Umgekehrt kann auch der Eintritt des Luftstromes bei der Oeffnung 4 im unteren Bereich der gegenüberliegenden Seitenfläche des Wärmeaustauschers erfolgen und der Luftstromaustritt auf der Oberseite 3.

In einer weiteren Abwandlung nach Figur 8a sind die beiden Luftstromeintritte 11 und 13 auf derselben Seitenfläche des Wärmeaustauschers angeordnet, während die Austritte sich jeweils auf der Oberseite und Unterseite befinden.

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Bei der Abwandlung nach der Figur 8b ist der Eintritt 15 und der Austritt 16 desselben Luftstrom.es auf derselben Seitenfläche des Wärmeaustauschers vorgesehen, während der andere Luftstrom einfach von unten nach oben oder von oben nach unten durch die untere Oeffnung 17 und die obere Oeffnung 18 geleitet wird.

Bei der Abwandlung nach Figur 8c erfolgt der Eintritt der beiden Luiströmungen ebenfalls durch Oeffnungen 19 und 21 auf derselben Seitenfläche des Wärmeaustauschers, und zwar im oberen und unteren Bereich, während der Austritt an der gegenüberliegenden Seite in der Weise erfolgt, dass der Luftstrorr^welcher oben eintritt^auf der anderen Seite unten austritt und umgekehrt.

Nach der abgewandelten Ausführungsform gemäss Figur 8d ist es ferner möglich, den Eintritt und den Austritt jedes Luftstromes auf derselben Seitenfläche des Wärmeaustauschers vorzusehen, wofür einerseits die Oeffnungen 23 und 24 und andererseits die Oeffnungen 25 und 26 vorgesehen sind.

Die praktischen Verwendungsmöglichkeiten eines derartigen Wärme austauschers sind aus s er ordentlich zahlreich, insbesondere zur Ausnutzung von Wärme bei Klima- und Belüftungsanlagen. Eine dieser Anwendungen ist in Figur 7 dargestellt, worin schematisch ein Wärmeaustauscher 1 in einem Belüiungssystem dargestellt ist. Die Frischluft wird dabei über das Rohr 30 in den Wärmeaustauscher geleitet und gelangt über das Rohr 3 1 zur Verteilung, nachdem sie zuvor einen Filter 32 und einen Ventilator 33 passiert hat, während die verbrauchte Luft über die Leitung 34 abgeleitet wird, welche sie

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durch den Wärmeaustauscher 1 bis zu einer Ableitung 35 leitet. Der Wärmeaustausch zwischen den beiden Luftströmungen erfolgt wie vorstehend beschrieben innerhalb des Wärmeaustauschers 1.

Um die Austauschfläche zu vergrössern, ist es selbstverständlich möglich, mehrere Wärmeaustauscher in Reihe zu schalten, wie es in Figur 9 dargestellt ist, wobei die beiden Wärmeaustauscher 36 und 37 hintereinander geschaltet und mittels eines Zwischenstückes 38 untereinander verbunden sind. Es ist auch möglich, hierbei einen Kondenswasserabscheider 39 unter einem oder mehreren Wärmeaustauschern vorzusehen.

Zur Ermöglichung einer raschen Verbindung unter Vermeidung einer Vernietung finden Einzelelemente Verwendung, wie sie in den Figuren 10 bis 12 dargestellt sind.

Durch leichten Druck können diese Elemente untereinander zusammengesetzt werden, so dass die Verbindung einfach und schnell durchzuführen ist, was die Gestehungskosten dieser Geräte erheblich vermindert.

Bei der Ausführungsform nach den Figuren 10 bis 12 ist jedes Einzelelement 40 und 41' mit zwei Arten einander entsprechender Ränder versehen, die sich nach entgegengesetzten Seiten der Blechebene erstrecken. Der erste Rand nach Figur 11 besteht aus einem ersten Längsfalz 41, welcher rechtwinkelig zu der Ebene des Einzelelementes 40 umgebogen ist. Das äussere Ende 42 dieses ersten Längsfalzes 41 ist wiederum rechtwinkelig nach innen gebogen und erstreckt sich somit etwa parallel

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zur Ebene des Einzelelementes 40. Dieser zweite Längsfalz 42 ist mit einer Längslasche 43 versehen, die nach dem Innern der Falzung heraussteht und deren freie Randkante 44 entgegengesetzt zu der freien Randkante 45 des Falzrandes gerichtet ist.

Der zweite, in Figur 12 dargestellte Rand besteht aus einem U-förmigen Doppellängsfalz 46, dessen Oeffnung 47 nach aus sen gerichtet ist. Die Schenkel 48 und 49 des U-förmigen Doppellängsfalzes liegen etwa parallel zur Ebene des Einzelelementes 40' und die Tiefe dieses Doppellängsfalzes 46 ist etwa gleich der Breite der zweiten Längsfalzung

42 am Rand der ersten Art nach Figur 11. Andererseits ist das Ende 50 des äusseren Falzschenkels 49 von dem U-förmigen Doppellängsfalz 46 ebenfalls U-förmig nach innen umgebogen unter Bildung eines Hakens.

Der erste Rand nach Figur 11 eines Einzelelementes ist auf diese Weise in den zweiten Rand nach Figur 12 eines benachbarten Einzelelementes einsetzbar. Dabei greift die zweite Falzung 42 mit der Lasche 43 zwischen die beiden Schenkel 48 und 49 des U-förmigen Doppellängsfalzes 46 des zweiten Randes. Die Verklammerung zwischen den beiden Rändern erfolgt durch den Anschlag der freien Kante 44 der Lasche

43 an die hakenförmige Randkante 50 des Schenkels 49 des Doppellängsfalzes 46.

Die Einzelelemente sind paarweise miteinander verbunden durch Verklammerung ihrer Ränder, wobei die Verklammerung mit einer Dichtungsgarnitur versehen ist und auf diese Weise der Wärmeaustauscher gebildet wird. Diese Dichtungsgarnitur kann aus einem Klebstoff oder einem gleichen Material bestehen, welches in flüssiger oder pastenförmiger Form zwischen die Verklammerung eingebracht wird.

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Jedes Einzelelement ist mit einer geeigneten Anzahl von Rändern einer bestimmten Art versehen. In dem am meisten gebräuchlichen Fall ist jedes Element mit zwei benachbarten Rändern der ersten Art nach Figor 11 und zwei Rändern der zweiten Art nach Figur 12 versehen. Die benachbarten Elemente werden in geeigneter Weise so gegen einander ausgerichtet, dass die beiden, einander entsprechenden Randausbildungen gegenüber der jeweiligen ersten und zweiten Randausbildung gegenüberliegen. Im Falle der Ausführung eines Wärmeaustauschers nach der Figur 8b kann man aber auch beispielsweise Einzelelemente verwenden, die etwa an drei Seiten mit einer ersten Randausbildung nach Figur 11 versehen sind, während die vierte Seite mit einer zweiten Randausbildung nach Figur 12 versehen sein kann. Das benachbarte Einzelelement ist dann mit entsprechenden Rändern versehen, d.h. mit drei Rändern der zweiten Art und einem Rand der ersten Art.

Bei einer weiteren Ausführungsform nach den Figuren 13 und 14 sind die Einzelelemente 51a, 51b und 51c mit zwei Randarten ausgestattet, die nach verschiedenen Seiten der Blechebene gerichtet sind. Der Rand der ersten Art besteht hierbei aus einem ersten Längsfalz 52a bzw 52b, welcher einen stumpfen Winkel mit der Ebene des Bleches 51a bzw 51b bildet, das Ende dieses ersten Längsfalzes ist seinerseits wiederum mit einem zweiten Längsfalz 53a bzw. 53b versehen, welcher parallel zur Blechebene liegt. Der zweite Rand besteht ebenfalls aus einem ersten Längsfalz 54b bzw. 54c in einem stumpfen Winkel mit der Blechebene. Diese Längsfalze 54b bzw. 54c enden in einem U-förmigen Doppelfalz 55b bzw. 55c, parallel zur Ebene des Elementes 51 b bzw. 51c und mit einer ausreichenden Tiefe zur Aufnahme des zweiten Längsfalzes 53a bzw. 53b des ersten Randes eines benachbarten Elementes.

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Diese Ausführung gestattet eine leichte Ausführung einer elektrischen Punktschweissung.

BeimZusammensetzen werden die Ränder 53 der ersten Art eines ersten Elementes in die Ränder 55 der zweiten Art eines benachbarten Elementes eingesetzt und hierauf die auf diese Weise ineinander sitzenden Ränder mittels einer Punktschweissung 56a bzw. 56b miteinander verbunden. Um die auf diese Weise gebildeten Zwischenräume einwandfrei abzudichten, können die Innenräume der U-förmigen Doppelfalze 55b bzw. 55c dann noch mit einem Klebstoff oder mit einem ähnlichen Material ausgefüllt werden.

Wie bei der vorher beschriebenen Ausführungsform können die Einzelelemente alle gleich und von derselben Art oder von zwei Arten sein, wobei die einen mit drei Rändern der ersten Art und einem Rand der zweiten Art versehen sind, während die anderen mit einem Rand der ersten Art und drei Rändern der zweiten Art ausgestattet sind.

Bei der abgewandelten Ausführungsform nach Figur 14 sind die Bleche mit abwechselnd angeordneten Vertiefungen 57 und Erhöhungen 58 in stumpfkonischer Form versehen, wobei sich die Erhöhungen eines Bleches auf den Erhöhungen des benachbarten Bleches aufstützen. Diese gegenseitigen Abstützungen gestatten die Verbindung weniger starrer und folglich dünnerer, leichterer Bleche, welche weniger kostspielig sind und ausserdem in vorteilhafter Weise einen besseren Wärmeaustausch gewährleisten. Diese Vertiefungen und Erhöhungen bewirken weiterhin eine zusätzliche Turbulenz der Luftströmung und vergrössern die wirksame Oberfläche des Wärmeaustausches.

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PATENTANSPRUECHE

' 1. Wärmeaustauscher zur Ausnutzung der von der Abluft einer Belüftungs- oder Klimaanlage abgeführten Wärme zum Erwärmen der in die Anlage eingeführten Frischluft im Gegenstrom in parallelen Kanälen ohne direkte Verbindung untereinander mit wenigstens einem Eintritt und einem Austritt für die zugeführte Frischluft und wenigstens einem Eintritt und einem Austritt für die Abluft, gekennzeichnet durch metallische Einzelelemente aus rechteckigen Blechen (6; 40, 40"; 50a - c) bei denen zwei benachbarte Ränder (7, 7') nach einer Seite der Blechebene und die beiden anderen benachbarten Ränder (8, 8') nach der anderen Seite der Blechebene umgebogen sind und die mit ihren umgebogenen Rändern so zusammensetzbar sind, dass jedes Blech eine um 180° geschwenkte Lage gegenüber den benachbarten Blechen einnimmt unter Ausbildung einer Aufeinanderfolge von Zwischenräumen, welche abwechselnd an der einen und dann an der anderen Seite offen sind und die Strömungskanäle bilden.
2. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch gleiche Einzelelemente mit denselben Rändern.
3. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Einzelelemente mit zwei unterschiedlichen Randausbildungen (7, 7", 8, 8¹); Figuren 10 bis 13J, von denen die erste Randausbildung eines Elementes mit der zweiten Randausbildung eines benachbarten Elementes zusammensetzbar ist.

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4. Wärmeaustauscher nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch Einzelelemente (51) mit einem ersten Rand aus einem ersten Längsfalz (52a) in stumpfem Winkel mit der Blechebene und einem zweiten Längsfalz (53a) etwa parallel zur Blechebene sowie mit einem zweiten Rand aus einem ersten Längsfalz (54b) in stumpfem Winkel mit der Blechebene und einem U-förmigen Doppelfalz (55b) etwa parallel zur Blechebene mit einer ausreichenden Tiefe zur Aufnahme des zweiten Längsfalzes vom ersten Rand eines benachbarten Elementes.
5. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine paarweise Verklammerung je zweier Einzelelemente (40,4O¹) mit einer Dichtungsgarnitur.
6. Wärmeaustauscher nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch Einzelelemente (40,40') mit einem ersten Rand aus einem ersten gewinkelten Längsfalz (41 ), dessen Längsrand (42) nach innen umgebogen und mit einer Längslasche (43) versehen ist, die nach innen heraussteht und deren freie Kante (44) entgegengesetzt zu der freien Randkante (45) des Falzrandes gerichtet ist, sowie mit einem zweiten Rand aus einem U-förmigen, nach aus sen offenen Doppellängsfalz (46) mit etwa parallel zur Blechebene liegenden Schenkeln (48,49), dessen Tiefe etwa gleich der Breite des Längsrandes vom ersten Rand ist und dessen äusserer Schenkel am Ende (50) ebenfalls U-förmig nach innen um.*- gefalzt ist, wobei der zweite Falz mit der Lasche des ersten Randes von einem Element zwischen die Doppelfalz schenkel des zweiten Randes eines benachbarten Elementes so einsetzbar ist, dass diese Lasche von dem Ende des U-förmig umgebogenen Schenkels des zweiten Randes gehalten wird.

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7. Wärmeaustauscher nach Anspruch 3-6, gekennzeichnet durch Einzelelemente mit zwei benachbarten Rändern in einer ersten Ausbildung und mit den zwei anderen benachbarten Rändern in der zweiten Ausbildung.
8. Wärmeaustauscher nach Anspruch 3-6, gekennzeichnet durch Einzelelemente mit einer ersten oder zweiten Randausbildung entlang einer Längsseite, während die drei anderen Ränder die andere Ausbildung aufweisen.
9. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1-8, gekennzeichnet durch einen Klebstoff zur Abdichtung zwischen den Blechen.
10. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1-9» gekennzeichnet durch Bleche mit abwechselnd angeordneten Vertiefungen (57) und Erhöhungen (58), an denen sie sich gegenseitig abstützen.

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