DE2652528A1 - Verfahren und vorrichtung zum abtauen bzw. enteisen von waermetauschern - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum abtauen bzw. enteisen von waermetauschern

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DE2652528A1 DE19762652528 DE2652528A DE2652528A1 DE 2652528 A1 DE2652528 A1 DE 2652528A1 DE 19762652528 DE19762652528 DE 19762652528 DE 2652528 A DE2652528 A DE 2652528A DE 2652528 A1 DE2652528 A1 DE 2652528A1
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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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/ο
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.
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.
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-
- 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)

Patentansprüche
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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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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