DE2652528A1 - Verfahren und vorrichtung zum abtauen bzw. enteisen von waermetauschern - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zum abtauen bzw. enteisen von waermetauschernInfo
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Description
Verfahren und Vorrichtung zum Abtauen bzw.Enteisen von Wärmetauschern
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abtauen bzw. Enteisen von Wärmetauschern derart, bei denen ein Strom warmen, feuchten
Gases, beispielsweise warmer, gebrauchter Ventilationsluft - sogenannte
Abluft - Wärme mit einem Kühlmedium, z.B. ankommender frischer Luft, in einer Beruhrungsvorrichtung tauscht, und bei
der die beiden Medien durch eine große Anzahl von parallelen Schicjh
ten fließen, die voneinander durch dünne Wände getrennt sind. Die Erfindung betrifft außerdem eine Vorrichtung zur Verwirklichung
dieses Verfahrens.
Bei sog. rekuperativen Wärmetauschern der oben beschriebenen Art
wird ein Strom warmer, feuchter sog. Abluft, z.B. aus einem Zimmer oder einem Gebäude, durch einen kühlen Strom frischer Luft
o.a. gekühlt. Die beiden Ströme tauschen Wärme, ohne dabei in direkte
Berührung zu gelangen. Wenn der Kühlstrom aus frischer Luft
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o.a. Wärme von der Abluft übernimmt und wenn die Temperatur der
letzteren fällt, kondensiert Feuchtigkeit auf den Wärmetauschflächen
der Abluftkanäle. Insbesondere in der kalten Jahreszeit führt dies häufig zur Ausbildung von Frost oder Eis in den Kanälen,
durch welche die Abluft gelangt. Dadurch wird der Wirkungsgrad des Wärmetauschers stark reduziert; in ernsteren Fällen werden
die Kanäle blockiert.
Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, diesen Nachteil zu beseitigen und ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zu schaffen,
mit der derjenige Teil des Wärmetauscherkörpers enteist bzw. abgetaut wird, durch welchen die Abluft gelangt.
Das Abtauen des Wärmetauschers soll dabei kontinuierlich erfolgen,
wobei der letztere mehr oder weniger in vollem Betrieb bleibt. Die Erfindung macht möglich, daß eine kleine Anzahl von Kanälen
abgetaut wird, während alle übrigen Kanäle in Wärmetauschbetrieb bleiben. Auf diese Weise können ein kontinuierlicher Betrieb
des Wärmetauschers, konstanter Druckgradient und konstante Strömungsrate aufrecht erhalten werden.
Es ist außerdem von Bedeutung, daß mit der vorliegenden Erfindung der Wärmetauscher so dimensioniert werden kann, daß ein besserer
Wirkungsgrad erreicht wird, als er bei Wärmetauschern ohne kontinuierlichem
Abtauen erzielt wird, ohne daß ein Halt bei niedrigen Außentemperaturen erforderlich ist. Bei nicht abgetauten Wärme-
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tauschern muß der Wirkungsgrad niedrig gehalten werden, um zu verhindern,
daß die gekühlte Luft zu kalt wird und zu viel Frost ablagert. Die Abtaumethode und die Abtauvorrichtung, die von der
Erfindung vorgeschlagen werden, lassen sehr niedrige Außentemperaturen zu. Durch den regelmäßigen Abtauzyklus kann die Frostschicht
zu allen Zeiten so dünn gehalten werden, daß sie keinen nennenswerten Effekt auf den Wärmetauschvorgang und den Druckgradienten
hat. Daher kann dieser Wärmetauscher so dimensioniert werden, daß er ökonomischer läuft als ein Tauscher ohne Abtaueinrichtung.
Die Wärmetauscher-Abtauvorrichtung soll von einfacher Bauweise sein und dem Wärmetauscher zugefügt werden können, ohne daß besondere
Abwandlungen des Wärmetauscherkörpers erforderlich wären. Aufgrund der Erfindung kann das Abtauen durch Mittel geschehen,
die außerhalb des Wärmetauscherkörpers angebracht sind und keine Modifikation des letzteren erforderlich machen. Auf diese Weise
kann der Wärmetauscherkörper ein Standardtyp sein, der sich für
Tauscher mit oder ohne Abtauvorrichtung eignet. Hierdurch werden die Herstellungskosten des Wärmetauscherkörpers verringert.
Die geschilderte Aufgabe wird durch die erfindungsgemäße Vorrichtung
sowie das erfindungsgemäße Verfahren gelöst, wie sie in den Ansprüchen beschrieben sind.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels
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mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert: Es zeigen:
Fig. 1 perspektivische Ansicht eines Wärmetauschers, der mit einer Abtauvorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung ausgerüstet isti
Fig. 2 ein Detail der Vorrichtung in größerem Maßstab;
Fig. 3 die perspektivische Ansicht in etwas größerem Maßstab von einem Wärmetauscher, der aus einer Mehrzahl
von Wärmetauscherkörpern besteht, die mit der Abtaueinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ausgerüstet
sind.
Der in Fig. 1 gezeigte Rekuperator besteht aus einem Rahmen Io
in Platten- und Trägerbauweise, der öffnungen 6,8 für den Eintritt und Austritt der Wärmetauschmedien, im vorliegenden Fall
von Luft, besitzen kann. Das Gehäuse Io schließt einen Wärmetaus eherkörper 12 ein, der aus einer Anzahl getrennter Schichten
zusammengesetzt ist. Ein Beispiel hierfür ist in der schwedischen Patentanmeldung 75o 8256-0 beschrieben. Die einzeien
Schichten des Körpers 12 können gefaltet oder gewellt sein und so Kanäle für den Durchgang der Wärmetauschermedien bilden.
Die Wellungen alternierender Schichten verlaufen parallel und bilden mit den Wellungen in zwischenliegenden Schichten einen
Winkel. Die Ränder der Schichten sind miteinander verbunden, so daß abwechselnd offene und geschlossene Kanäle auf beiden Seiten
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des Körpers gebildet werden. So werden zwei Kanalsysteme unter einem Winkel zueinander gebildet, durch welche zwei getrennte
Luftströme in den Körper und aus dem Körper herausgeführt werden können, ohne daß sie in direkte Berührung miteinander gelangen.
Bei der dargestellten Ausführungsform wird beispielsweise
ein Strom warmer, feuchter Abluft, beispielsweise gebrauchter Luft aus einem Zimmer, in Richtung des Pfeiles A eingeführt;
sie strömt durch den Wärmetauscherkörper 12 schräg nach unten rechts in der Figur, verläßt den Körper beim Pfeil B. Gleichzeitig
wird ein Strom kalter Luft, beispielsweise frischer Luft, aus der entgegengesetzten Richtung, wie durch den Pfeil C angedeutet,
eingeführt; sie strömt durch den Körper in entgegengesetzter Richtung wie der erste Strom und verläßt den Körper beim
Pfeil D. Auf diese Weise kann, während die beiden Ströme durch den
Wärmetauscherkörper 12 gelangen, ein Wärmetausch zwischen diesen stattfinden, ohne daß sie sich vermischen. Der Wärmetauscherkörper
12 ist in O-förmigen Trägerstreifen 14 im Gehäuse Io mittels Y-förmiger
Dichtstreifen 16 oder auf ähnliche Weise befestigt. Fig. 2 zeigt ein Detail des Wärmetauschers von Fig. 1. Sie zeigt, daß
jeder zweite Kanal 18 des Wärmetauscherkörpers an seinem oberen Rand abgedichtet, an den Seiten jedoch offen ist, so daß die
Ab- oder Zimmerluft nach der Kühlung durch die Berührung mit der
kalten Luft nach rechts aus der Fig. heraustritt, wie dies durch die Pfeile B angedeutet ist. Die zwischenliegenden Kanäle 2o, die
an den Seiten abgedichtet, oben jedoch offen sind, führen einen senkrechten, nach unten gerichteten Strom kalter, frischer Luft,
wie dies durch die Pfeile C angedeutet ist. Wie im einzelnen in
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der oben angegebenen schwedischen Patentanmeldung beschrieben ist,
können die Kanäle durch Stauchen, Kleben, Löten, Schweißen, Ausfüllen
mit einer Verbindung oder in ähnlicherweise abgedichtet
werden. In Fig. 2 sind sie schematisch durch Ausfüllen mit einer Verbindung 22 abgedichtet dargestellt.
Unter bestimmten Temperatur- und Feuchtigkeitsbedingungen der beiden
Luftströme führt die Abkühlung der warmen Luft zur Kondensation von Feuchtigkeit in den Abluftkanälen des Wärmetauscherkörpers
12. In der kalten Jahreszeit führt dies zur Ausbildung von Frost und Eis in diesen Kanälen in einem solchen Ausmaß, daß die
Kanäle vollständig blockiert sein können. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird der Wärmetauscher abgetaut bzw. enteist, indem
einige der Kaltluftkanäle von der ankommenden Luftversorgung pe- i riodisch abgeschirmt und abgeschlossen werden, so daß die Warmluft,
welche durch die benachbarten Warmluftkanäle gelangt, nicht mehr gekühlt wird. Vielmehr wärmt sie die Wärmetauscherflächen
der Frost überzogenen Kanäle auf und schmilzt das Eis in diesen Kanälen. Bei der dargestellten Ausführungsform werden die Kanäle
mittels einer Baffle-Vorrichtung abgeschlossen, die aus zwei Rollen
24, 26 und einem Endlosband 28 besteht, welches über die Rollen verläuft und von diesen gespannt wird. Der untere Teil 3o des
Endlosbandes liegt auf der Oberseite des Wärmetauscherkörpers 12 an, d.h. auf der Seite, von der her die Kaltluft in die Kanäle j
2o eintritt. Wie symbolisch durch die Pfeile in Fig. 2, die auf | den unteren Teil 3o des Bandes zeigen, dargestellt, liegt die S
- 7 - j
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Baffle-Einrichtung 24, 26, 28, 3o mit einem gewissen Druck auf
der Oberfläche des Wärmetauscherkörpers 12 auf. Ein angemessener Druck läßt sich durch das Gewicht der Baffle-Einrichtung erhalten.
Wenn, wie in dem dargestellten Beispiel, die Baffle-Einrichtung auf der Kaltluft-einlaßseite liegt, und die abgeschlossenen Kanäle
2o mit der Kaltluftauslaßseite kommunizieren, wo der Luftdruck geringer als am Einlaß ist, addiert sich diese Druckdifferenz zum
Auflagedruck. Dadurch wird aktiv zu einem richtigen Kontakt zwischen dem unteren Teil 3o des Bandes und den öffnungen der Kanäle
beigetragen. Bei auf den Kanalöffnungen aufliegendem unterem Teil 3o bewegt sich die BaffIe-Einrichtung in Richtung des Pfeiles E
(oder in Rückwärtsrichtung), wie dies ebenfalls durch den Pfeil auf der Rolle 24 angedeutet ist. Auf diese Weise bewegt sich die
Baffle-Einrichtung über die Oberfläche des gesamten Körpers mit einer bestimmten Geschwindigkeit. So wird eine Anzahl von KaItluftkanälen
(bei der dargestellten Ausführungsform 3) von der
Kaltluftversorgung C abgeschlossen, wenn sich die Baffle-Einrichtung
über diesen wegbewegt. Daher werden die Wärmetauscherflächen durch die Warmluft aufgeheizt, welche durch die Kanäle 18 gelangt.
Auf diese Weise schmilzt etwa vorhandenes Eis und wird aus den fraglichen Abluftkanälen abgezogen.
Wie in Fig. 1 dargestellt, ist die Baffle-Einrichtung auf einem
Träger 32 oder etwas ähnlichem angebracht, der sich über die gesamte Breite der Kaltlufteinlaßseite (C) des Wärmetauscherkörpers
12 und außerdem, bei der dargestellten Ausfuhrungsform, über die
Dichtstreifen 16 hinweg erstreckt. Auf dem Träger 32 ist eine
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Klammer 34 mit einem Gewindeloch angebracht, das von einer sich drehenden Gewindestange oder Schraube 36 durchquert wird. Diese
Gewindestange 36 wird an beiden Enden des Wärmetauscherkörpers in schräg verlaufenden Streifen 38, 4o gehalten, die mit dem Gehäuse
Io einstückig sind. Die Gewindestange 36 wird voneinem
Rotor 42 gedreht. Bei ihrer Bewegung bewegt sie den Träger 32 und damit die Baffle-Einrichtung 24, 26, 28, 3o hin und her über die
Oberfläche des Wärmetauscherkörpers 12. Zum Wechsel der Bewegungsrichtung der BaffIe- oder Rolleneinrichtung können magnetische,
photoelektrische o.a. Endschalter 44 eingebaut sein, welche die Drehrichtung des Motors 42 und damit diejenige der Schraube 36
ändern, wenn die Baffle-Einrichtung ein Ende des Wärmetauscherkörpers erreicht hat. Selbstverständlich können auch andere Einrichtungen
vorgesehen sein, welche die hin- und hergehende Bewegung der Baffle-Einrichtung zustande bringen, beispielsweise, mit
Doppelgewinde versehene Schrauben o.a. Einrichtungen. Es ist klar,
daß die Drehgeschwindigkeit der Schraube 36 und damit die Bewegunc der Baffle-Einrichtung an die Betriebsbedingungen des fraglichen
Wärmetauschers angepaßt wird. Sie kann auch dadurch einstellbar sein, daß ein Motor 42 mit variabler Geschwindigkeit verwendet
wird oder ein Getriebe zwischen dem Motor 42 und der Schraube 36.
Wie in Fig. 3 dargestellt, ist es möglich, eine Anordnung aus eine|r
Mehrzahl von Wärmetauscherkörpern zu verwenden. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind daher zwei weitere Gehäuse loa und lob
an dem in Fig. 1 gezeigten Gehäuse Io befestigt. Jeder Wärmetau-
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scher Io bis Io b ist mit seiner eigenen Baffle-Einrichtung 46,48,
5o ausgestattet, die bei der dargestellten Ausführungsform durch
einen gemeinsamen Antriebsmotor 42 über die Schraube 36 und weiterfe mit der letzteren verbundene Schrauben 36a, 36b angetrieben werden Die Schrauben 36a, 36b werden in Klammern 52,54 an den Punkten gehalten, wo sie von einem Wärmetauscherkörper zum nächsten überwech sein.
einen gemeinsamen Antriebsmotor 42 über die Schraube 36 und weiterfe mit der letzteren verbundene Schrauben 36a, 36b angetrieben werden Die Schrauben 36a, 36b werden in Klammern 52,54 an den Punkten gehalten, wo sie von einem Wärmetauscherkörper zum nächsten überwech sein.
Die Baffle-Einrichtung 28 - 3o kann erforderlichenfalls auch eine
andere Bauweise aufweisen, obwohl die dargestellte Bauweise zu
einem zuverlässigen und brauchbaren Abschluß der Kanäle führt,
der zum Absperren der Luftzufuhr erforderlich ist. Die Details
der Bauweise der Baffle-Einrichtung 24,26,28,3o und das für die
Rollen 24,26 und für das Endlosband 28,3o verwendete Material vari iert natürlich je nach der Umgebung und den Betriebsbedingungen,
in denen der Wärmetauscher 12 benutzt wird. Dasselbe trifft, wie
oben erwähnt, auf die Geschwindigkeit zu, mit der die Baffle-Einrichtung angetrieben werden muß, damit die Abluftkanäle richtig
enteist und abgetaut werden.
andere Bauweise aufweisen, obwohl die dargestellte Bauweise zu
einem zuverlässigen und brauchbaren Abschluß der Kanäle führt,
der zum Absperren der Luftzufuhr erforderlich ist. Die Details
der Bauweise der Baffle-Einrichtung 24,26,28,3o und das für die
Rollen 24,26 und für das Endlosband 28,3o verwendete Material vari iert natürlich je nach der Umgebung und den Betriebsbedingungen,
in denen der Wärmetauscher 12 benutzt wird. Dasselbe trifft, wie
oben erwähnt, auf die Geschwindigkeit zu, mit der die Baffle-Einrichtung angetrieben werden muß, damit die Abluftkanäle richtig
enteist und abgetaut werden.
Bei der beschriebenen Aus.führungsform ist zwar die Baffle-Einrichtung
an der Kaltlufteinlaßseite angebracht; die Baffle-Einrichtung kann jedoch in gleicher Weise auch an der Auslaßseite des Systems
von Kaltluftftanälen angeordnet sein. Außerdem kann die Einrichtung zum Schließen der Kanäle anstelle des im dargestellten Ausführungsbeispiels gezeigten Bandes ein System aus Klappen, Verscfilüs-
von Kaltluftftanälen angeordnet sein. Außerdem kann die Einrichtung zum Schließen der Kanäle anstelle des im dargestellten Ausführungsbeispiels gezeigten Bandes ein System aus Klappen, Verscfilüs-
- Io -
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sen oder ähnlichem enthalten.
Schließlich fand bei der dargestellten Ausfuhrungsform der Wärmetausch
zwischen zwei Gasströmen, z.B. Luft, statt. Es ist aber auch möglich, daß der Tauscher zum Wärmetausch zwischen einer
kalten Flüssigkeit, z.B. einer Äthylen-Glykol-Lösung, und einem
warmem, feuchtem Gasstrom bestimmt ist. In diesem Fall werden die Kanäle oder Schlitze 2o in Fig. 2 mit kalter Flüssigkeit
anstelle von kalter Luft über geeignete Flüssigkeitsverteiler (nicht gezeigt) versorgt. Der Wärmetauscherkörper für Flüssigkeit
sollte dann so orientiert werden, daß die durch die Pfeile C angedeutete Strömungsrichtung senkrecht ist. In diesem Fall
kann die Abtaueinrichtung 28 - 3o weiterhin im wesentlichen in der dargestellten Form arbeiten.
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US-Lee rs e i te
Claims (9)
1.) Verfahren zum Abtauen oder Enteisen von Wärmetauschern des
Typs, bei denen ein Strom warmen feuchten Gases, z.B. warmer
gebrauchter Ventilationsluft - sog. Abluft - Wärme in einer
Berührvorrichtung mit einem Kühlmedium tauscht, und bei dem die beiden Medien durch eine große Anzahl paralleler Schichten
fließt, die voneinander durch dünne Wände getrennt sind, die Kanäle für den Durchfluß der Medien bilden, gekennzeichnet
durch das periodische Schließen von einem oder vorzugsweise mehr als einem der Kanäle, welche das kühlere Medium
führen, in einer Weise, daß das warme Gas, welches in den Kanälen fließt , die den abgeschlossenen Kanälen benachbart
sind, die Wärmetauscherflächen zeitweilig aufwärmen und abtauen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömung durch Schließen der öffnungen der Kanäle gegen die
KühlmittelVersorgung hin angehalten wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch das sukzessive Schließen der öffnungen der Kanäle nacheinander über die Gesamtbreite
des Wärmetauschers.
4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen
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ORIGINAL INSPECTED
1-3 zum Abtauen bzw. Enteisen eines Wärmetauschers, der mindestens
zwei Kanalsysteme umfaßt, die durch dünne Wände getrennt sind, wobei ein warmes und ein kaltes Medium durch abwechselnde
Schichten gelangt, gekennzeichnet durch eine Schließvorrichtung (3o), die bezüglich des Systems der Kanäle (18,2o) im Wärmetauscher
(12) so angeordnet ist, daß sie nach Belieben in eine Stellung bzw. einen Zustand gebracht werden kann, in der die
Strömung des kalten Mediums durch den Wärmetauscher (12) in mindestens einem Kanal (2o) zu einer bestimmten Zeit unterbrochen
ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die j Schließvorrichtung ein Baffle-Element (3o) enthält, welches ;
mindestens eine Kanalbreite überdeckt und dieselbe Längsaus- j dehnung wie die Kanalöffnung besitzt und den Eintritt oder j
Austritt in bzw. aus dem Kanal bzw, den Kanälen (2o) verhindert,, über denen es jeweils angeordnet ist, indem es auf den Kanten |
der Kanalöffnung aufliegt, und daß das BaffIe-Element (3o) j zusätzlich so angeordnet ist, daß es sich über alle Kanäle auf
der Seite des Wärmetauschers (12) bewegen kann, an der das kalte Medium in den Wärmetauscher eintritt oder diesen verläßt.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch einen Antrieb
(34,36), mit dem das Baffle-Element (3o) hin und her über die
oben erwähnte Seite des Wärmetauschers (12) bewegt werden kann.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch den konti-
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nuierlichen Betrieb des Antriebs (34/36).
8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 5,6, oder 7, dadurch gekennzeichnet,
daß die Schließvorrichtung zwei Rollen (24,26) und ein zwischen diesen gespanntes Endlosband (28,3o) enthält,
wobei ein Teil (3o) des Endlosbandes das BaffIe-Element bildet und so angeordnet ist, daß es auf der Oberfläche der oben
erwähnten Seite des Wärmetauschers (12) anliegt.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Rollen drehbar in einem Träger (32) gelagert sind, der einen
Teil (34) mit einem Gewindeloch enthält, dessen Gewinde in Eingriff mit einer Schraube (36) steht, die sich quer über alle
Kanäle (2o) an der oben erwähnten Seite des Wärmetauschers (12) erstreckt und drehbar an ihren Enden gelagert ist und voi/einem
Motor (42) angetrieben ist.
o. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor (42) reversibel ist und daß die Richtungsänderung des
Motors durch Endschalter (44) ausgelöst wird, die an beiden Enden der Schraube (36) angebracht sind und durch das Baffle-Element
(24-3o)oder daran befestigte Einrichtungen betätigt werden, wenn das Baffle-Element sich dem Ende der Schraube
nähert.
Ll. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder lo, bei der eine Anzahl von
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Wärmetauschern in Reihe zusammengebaut sind und jeweils mit
einem Baffle-Element versehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Schrauben (36,36a,36b) der Baffle-Elernente (46,48,5ο)
miteinander verbunden und durch einen gemeinsamen Antriebsmotor (42) angetrieben sind.
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CA (1) | CA1094542A (de) |
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