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Wärmetauscher, insbesondere zur Verwertung von Abluftwärme
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Die Erfindung bezieht sich auf Wärmetauscher, insbesondere zur Verwertung
von Abluftwärme1 sie kennzeichnet sich durch Anordnung von Strömungsleitwänden für
wärmehaltige und -aufnehmende Mittel sowie durch diese Leitwände verbindende, unter
Bildung von beiden Mitteln getrennt voneinander, abwechselnd aber jeweils nur einseitig
beaufschlagter, zu den Leitwänden quer verl aufender Wärmeübertragungswandungen,
wobei zur Trennung zweckmässig eine Vergussmasse vorhanden ist, mit der die Bereiche
der Leitwände und der Wärmeübertragungswandungen in unmittelbarer, abgedichteter
Berührung stehen, die sich an die Stirnquerteilflächen der Leitwände und Wärmeübertragungswandungen
in einem Ausmass anschliessen, das zur vollständigen Abdichtung zwischen den strömenden
Mitteln ausreicht.
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Eine vorteilhafte AvifLihrungsform entspricht dem erfindungsgemäss
gemachten Vorschlag mit der Abwandlung, dass vorteilhaft die Wärmeübertragungswandungen
in Form mit engen Zwischenräumen aufeinanderfolgender, zickzackförmig verlaufender
Schleifen auftreten, die zweckmässig in Bereichen ihrer Richtungsumkehrungen mit
den nd iiber die Leitwände verbunden sind; unter Richtungsumkehrungen sind also
die mehr oder weniger grossen Abrundungen zu verstehen, mittels derer je ein Ast
der Schleifen mit dem nächsten Ast der folgenden,
ihrerseits wieder
zwei untereinander bogenförmig verbundene Aeste aufweisenden Schleife verbunden
ist, wobei ein erster zwischen zwei Aesten liegender Hohlraum von einem wärmehaltigen,
ein zweiter, dem ersten folgender Schleifenhohiraum von einem wärmeaufnehmenden
Mittel durchströmt ist, womit also eine einzelne Wärmeübertragungswanduny jeweils
zwei Begrenzungsflächen, abgekürzt im Nachfolgenden Wärmeübertragungswandseiten
genannt, d. h., zwei Seiten aufweist, deren eine vom wärmehaltigen, deren andere
vom wärmeaufnehmenden Mittel bestrichen ist.
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Diese Wärmeübertragungswandungen können grundsätzlich aus jedem die
Wärme gut leitenden Werkstoff vorzugsweise Metallen, Metallblechen, Metallfolien
bestehen, jedoch sind insbesondere wärmehaltige Strömungen infolge von ihnen mitgeführter
Mischungsbestandteile mechanisch, chemisch und sonstwie aktiv, z. B. radioaktiv,
so dass von den Werkstoffen Abrieb-, chemische Festigkeit, Strahlungsbeständigkeit
und andere zusätzliche Eigenschaften verlangt werden. Selbst warme Abluft, etwa
von Ställen, deren Jaucheansamml ungen ausser den Stall räumen entlüftet werden
müssen, enthält einen so grossen Ammoniakgehalt, dass Alkalienfestigkeit erforderlich
ist, wobei also Beläge in Form von Beschichtungen, Beläg, beides auch aus geeigneten
Kunststoffen unter Einschluss von Kunstharzen, Metallisierungen, Anstrichen, Emaillierungen,
sonstigen Veredelungen oder unmittelbare Ausbildung aus Edel stählen, Buntmetallen
oder dgl. in Betracht kommen. Weisen die Leitwände, die in an Bereichen ihrer Ausdehnung
einmalyein wärmehaltiges, ein andermal an ein wärmeaufnehmendes Mittel angrenzen,
die oben erwähnte Ausbildung auf, die zur Berührung derselben Wärmeübertragungswanduny
auf einer Wandungsflächenseite mit dem wärmehaltigen Mittel z. B. der vorerwähnten
Abluft, auf der anderen Wandungsflächenseite mit dem wärmeaufnehmenden Mittel führt,
dann ist es möglich, mittels der vorgeschlagenen Massnahmen innerhalb eines gegebenen
Raumes
wärmeübertragende Flächen in einem Grössenausmass zu verwirklichen,
das bei einem abweichenden Aufbau von Wärmetauschern, z. B.
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Rohrwärmetauschern, nicht im entferntesten zu erreichen wäre.
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Die so grundsätzlich gegebenen Möglichkeiten vergrössern sich noch
wesentlich, wenn die Strömungsleitwände als zueinander konzentrische Ringzyl inderabschnitte
ausgebildet sind. Eine weitere Möglichkeit zur Verwirklichung grossflächiger Wärmeübergänge
bestünde darin, die Strömungsleitwände als zueinander vorzugsweise Pl anparal I
eI e Wandungen, beispielsweise eines parallel epipedischen Hohlkastens auszubilden,
dessen Inn.enteile dann in etwa gleicher Weise auftreten könnten wie die vorbeschriebenen
undzeichnerisch dargestellten Innenteile ringzyl indrischer Wärmetauscher, die auch
mit mehr als zwei konzentrisch zueinander angeordneten Strömungsleiwänden ausgerüstet
sein könnten, um mit der Abwärme einen aus aus anderem Material ausseraLuft bzw.
Frischluf bestehenden Drittstoff erwärmen, ggf.
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weiter aufheizen zu können.
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Ist ein innerster Ringzylinder des aus zueinander konzentrischen Zylindern
bestehenden Wärmetauscheraufbaues als Abschnitt eines Führungsrohres- oder -kanales
für Abluft, etwa von Menschenansammlungen, einer Sauna, einer Backstube, von -Brauerei-,
Rrotfabriken, sonstigen auf Verwendung von Wärme angewiesenen Betrieben, weiter
von Tierställen, zu entlüftenden Jauchegruben, sich selbst aufheizenden Misthaufen,
mit Sel bstzündungsgefahren betriebenen Speichern oder auch industriellen, bergbautichen,
Hittenmaschinen-Hoch-, Cupol-, Siemens - Martin Oefen bzw. -anlagen oder dgl. ausgebildet,
so ergeben sich eine Reihe weiterer vorteilhafter Möglichkeiten, die beispielsweise
dahin anzugeben sind, dass ein Führungsrohrabschnitt im Wege des von ihm geführten,
wärmehaltigen Mittels vor dessen Zulassung zur Berührung mit Wärmeübertragungswandungen
Steuerungsmittel, etwa den Führungsrohrquerschnitt in einrsten ihrer Grenzstellungen
voll eröffnende, ihn in einer zweiten Grenzsteiiunq
ganz veschliessende
Drosselklappe enthält. Eine andere, vorteilhafte Möglichkeit bestände darin, auch
den Innen-und Aussenzylinder oder Zwischenringzylinder des Wärmetauschers so auszubilden,
dass in ihnen angeordnete Fenster, Unterbrechungen, schlechthin Ausnehmungen oder
dgl., ggf. unter Zwischenschaltung wieder von Steuerungsmitteln wie Jalousien, Klappen,
Drehtüren oder dgl., an eine jeweils vorhandene Strömung wärmehaltiger und/oder
-aufnehmender Mittel angrenzen. Auf diese Weise gewinnt man die Möglichkeit, aus
wärmehaltigeniMittel entnommene Abwärme auf wärmeaufnehmende Mittel aller Art wie
Frischluft zwecks Belüftung, Beheizung von Räumen oder Erwärmung von Drittstoffen
in einem Ausmass zu übertragen, bei dem erhebliche Ersparnis an dem Energieaufwand
eintritt, der andernfalls eigens zu den genannten Zwecken aufzuwenden und damit
unvermeidlich wäre. Geht man beispielsweise von der Notwendigkeit der Belüftung
eines Tanzsaales aus, so ist es erwünscht, unter Einsatz der angegebenen Steuerungsmittel
zu Beginn einer derartigen Tanzveranstaltung im Herbst, im Winter oder in Uebergangszeiten
eine höhere als Aussentemperatur einzustellen, später ab dem Zeitpunkt, zu dem die
Bewegungen der Tänzer cin: solche Erhöhung deren Körpertemperatur bewirkt haben,
dass zur Er haltung des Tanzvergnügens eine wesentlich geringere Raumtemperatur
als vorher erwünscht ist, die dann mittels der genannten Steuerungsmittel ohne weiters
einstellbar ist. In Fällen dieser Art könnte es sogar zweckmässig sein, zu dem bereits
erwähnten Wärmetauscher einen weiteren, zusätziichen Abschnitt desselben oder überhaupt
einen zusätzlichen Wärmetauscher hinzuzuschalten, in welchem im Ueberschuss auftretende
Abwärme auf eine Flüssigkeit tieferen Temperaturniveaus wie vornehmlich Wasser übertragen
wird, so dass die Möglichkeit entsteht, aufgeheiztes Wasser zeitlich über die Zeitdauer
der Tanzveranstaltung hinaus zu speichern und anschliessend zur Beheizung bzw. Klimatisierung
der in Betracht kommenden Räume zu verwenden. Der Wärmetauscherzusatzabschnitt bzw.
der Zusatzwärmetauscher als solcher könnte dann wieder den vorerwähnten Aufbau
besitzen,
nur ist dann die eine Wärmetauscherwandungsseite flüssigkeitsberührt und Ventile
treten an die Stelle von Drosselklappen, Jalousien oder sonstigen Luftströmungssteuerungefl.
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Derartige Wärmetauscher können vor allem als Aufsätze von Gebäudedächern,
etwa Versammlungs-, Vortrags-, Festsälen, eines Zeltes, einer Baracke, eines Viehstalles
oder dgl. ausgebildet sein. So hat es a sich beispielsweise gezeigt, dass Jungvieh
besonders empfindl ich auf veterinärmedizinmässig richtige Stall temperaturen reagiert,
Ferkel beispielsweise nehmen an Gewicht in derselben Zeitspanne bis zu 30 to rund
mehr als Ferkel zu, die in schlecht temperierten Räumen aufgezogen werden. Es bestehen
weitere Möglichkeiten etwa dahin, die vorgeschlagenen Wärmetauscher als Lcitungsabschnitte
von Belüftungskanälen, Wetterschächten, Klima-und Frischluftzuführungsanlagen oder
dgl. auszubilden. Dadurch kann das wärmeaufnehmende Mittel, meistens Luft, auch
noch vor Entlassung in die Atmosphäre gereinigt werden. Das geschieht beispielsweise
dadurch, dass es einer Anlage zugeführt wird, die aus einem Kühler für das verunreinigte
Mittel und aus einem unterhalb dieses Kühlers befindlichen Behälter für das aus
dem Kühler ablaufende Kondensat sowie für die ausgeschiedenen Fremdkörper besteht.
Wird das Kühlmittel für den Kühler so eingestellt, dass das die Verunreinigungen
tragende Mittel mit der es sättigenden Flüssigkeit versehen ist, so kondensiert
unter dem Einfluss der Kühlung der sättigende Wasserdampf nach dem Vorbild der Regenbildung
in der Natur um die Verunreinigungen als Kondensationskerne, womit es zu der die
nat-6rliche Kern-kondensation nachbildenden Reinigung des verunreinigten Mittels
kommt. Die jeweils beschwerten Verunreinigungen fallen in den vorerwähnten Abscheidungsbehäjter,
in welchem sich ein Sumpf aus den Verunreinigungen und der Flüssigkeit bildet, die
von Zeit zu Zeit abzulassen ist Die erforderliche Sättigung ist dadurch zu erzwingen,
dass in dem Abscheidungsbehälter Schikanen in Form von Querblechen angeordnet sind
und das zu reinigende Mittel
durch den Abscheidungsbehälter unter
Passage der vorerwähnten Querblechschikanen abwechselnd abschnittweise durch den
Sumpf und anschliessend wieder durch ihre Lage oberhalb des Sumpfes sumpffreie Räume
tritt, so dass auf diese Weise die Sättigung mit verdampfter Flüssigkeit herbeigeführt
wird, wobei natürlich an die Stelle von Wasser als am stärksten in Betracht kolnmendes
flüssiges Medium jede andere zur Sättigung des zu reinigenden Mittels dienende Flüssigkeit
benutzbar ist.
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Ein noch höherer Crad an Vereinfachung ist dadurch zu erreichen, dass
den vorerwähnten Aufsätzen eine sogenannte Dachreiterausbildung mit der Massgabe
gegeben wird, dass der Aufsatzträger, vorzugsweise ein Dachstuhl, den unteren Abschnitt
eines crfintlunlfsgemäß vorgeschlagenen Wärmetauscheraufsatzes umfaßt, w'i1arcx
der Aufsatzoberteil als solcher frischluftberührt ist. Daun wird die eintretende,
beispielsweise aerostatisch bzw.-dynamisch oder unter dem Einfluss von Gebläsen,
Ventilatoren strömende l:riscl)-luft innerhalb der Aufsatzober- und -unterteile
aufgewärmt und über den Aufsatzunterteil zweckmässig über die Steuerungsorgane temperiert
entlassen. Die Vereinfachung besteht darin, dass zichcr Dachaufsatz bzw. Wärmetauscher
und zu temperierenden l'.iumcn sämtliche Rohrleitungen fortfallen, die anderenfalls
erforderlicll scin und das Ganze unansehnlich machen oder unter unnötige Erhöhung
der Kosten von Anbringung und Unterhaltung dem Aussenblick entzogen werden müssten,
abgesehen von den Vorteilen der gleichzeitig ctstehenden thermischen Isolierung.
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Handelt es sich um Abluftanlagen, in denen, wie beispielsweise in
grösseren Hotels mit Versammlungsräumen, Kühlmaschinen aufgestellt
sind,
so besteht die Möglichkeit, ausser den bereits erwähnten Wärmetauschern eine Wärmepumpenanlage
vorzusehen, so dass mittels dieser das verhältnismässig niedrige Temperaturniveau
von Abluftwärme auf die jeweils in Betracht kommende Temperatur angehoben werden
kann.
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Ilic Zeichnung gibt beispielsweise Ausführungsformen in Betracht kommender
Wärmetauscher mit auf kleinsten Raum zusammengedrängten, im Verhältnis zu dessen
Grösse sprunghaft erhöhten Wärmetauschflächen wieder.
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Figur 1 zeigt den Wärmetauscher iflschaubildlicher Darstellung, während
Figur 2 einen senkrechten Längsschnitt durch denselben veranschaulicht.
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Figur 3 veranschaulicht schematisch die Gesamtanordnung.
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1)as Schaubild lässt einen unteren Eintrittsstutzen /für die aus dem
Stall hochsteigende, Ammoniakanteile enthaltende Warmluft, den Wärmetauschermittelteil
3 und einen Austrittsstutzen 2 erkennen. Die massgebenden, im Aufsatz auftretenden
Strömungen sind durch gepfeilte Linien verdeutlicht. Der Wärmetauscher 3 weist eine
als Innenzylinder ausgebildete Leitwand 31, weiter eine als Aussenzylinder 32 ausgebildete,
äussere Leitwand auf.
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1)ie Innenleitwand besitzt fensterartige Ausnehmungen 311,312, 313,314
usw., die sich nahenzu über die gesamte Höhe des Wärmetauschers 3 erstrecken. Auch
die äussere Leitwand 32 besitzt fensterartige AuRnger die sich jedoch im Gegensatz
zu den Einlässen 311,312,313,314 usw. nur über einen Teilbereich der Höhe der äusseren
Leitwand 32 erstrecken, so dass zwei Reihen fensterartiger
Ausschnitte
zu unterscheiden sind, nämlich obere Fenster 321,322,323,324 usw., ausserdem die
im unteren Bereich des W.irFIlctauschers 3 liegenden Auslässe 331,332,333,334 usw.
Die beiden Leitwände 31 und 32 dienen zur Halterung schleifenartig angeordneter
Wärmeübertragungswandungen 4, wobei peripher innere Abrundungen 41 derselben und
peripher äussere Abrundungen 42 auftreten.
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Diese Abrundungen gehen mit den Schleifen wieder über nahezu die gesamte
Höhe des Wärmetauschers 3 durch und sie unterteilen dc zwischen den Strömungsleitwänden
31 und 32 liegenden Knusi so, wie das den schaubildlich in Figur 1 zur Erscheinung
konmIenden Stirnquerflächen 43 zu entnehmen ist. Die Abrundungen 41 und 42 sind
mit den beiden Strömungsleitwänden so verbunden, dass keine Strömungsverluste einzutreten
vermögen. Die Gesamtanordnung i.st dabei so getroffen, dass ein einzelnerAst der
Schleifenfolge, also eine einzelne wärmeübertragende Wandung 4 auf ihrer eine Seite
von der über die Ausschnitte 321 usw. ein- und über die Ausschnitte 331 usw. austretenden
Frischluft bestrichen wird, während die Warmluft, die über die Ausnehmungen 311
usw. in der Richtung radial von innen nach aussen die andere I3egrenzunswandungsseite
derselben Wärmeübertragungswandung zu umspülen vermag und, unter der Wirkung eines
im Wärmeluftkanal 1,2 herrschenden den oder erzeugten Unterdruckes gekühlt in/Stutzen
2 eintritt.
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Es liegt im Wesen der Erfindung, dass auch andere Anordnungen und/oder
Schaltungen möglich sind, indem beispielsweise die Ausnchmungen 321 usw. und 331
usw. wie die Ausnehmungen 311 usw. zu einer einzigen Ausnehmung zusammen gefasst
sind und die I:riscIIluft die von ihr berXiheen Wärmeübertragungswandungsseiten
der ScIllcifenfolge umspült, während die Warmluft die Abwärme an die von ihr
Irertihrte
Seite derselben Wärmeübertragungswandung abgibt. Abinderungen dieser Schaltungen
liegen im Belieben von abnehmen derartiger Warmetauscher, sie sind infolge des Wärmetauscheraufbaues
und der eingebauten Steuerungsmittel jederzeit E kürzlich zu andern und wunschgemäß
einzustellen.
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1)er Figur 1 der Zeichnung ist weiter zu entnehmen, dass aufgeheizte
Frischluft ohne Notwendigkeit der Anordnung zusätzlicher Rohrleitungen in den Paum
oberhalb in Figur 2 dargestellten Dachhaut 9 übertreten und innerhalb des durch
letztere abgedeckten Raumes die ihr zugedachten Aufgaben erfüllen kann. Zu diesem
Zwecke sind innerhalb des Zentralkanalbereiches 72 Steuerungsorgane 75,76 in Form
von Drosselklappen vorhanden, so dass es möglich ist, die Warmluft unter Umgehung
der Schlingenräume 62 bei voll eröffneten Dresselklappen 75,76 unmittelbar in den
Stutzen 2 zu entlassen, as in der warmen Jahreszeit zweckmässig ist, weil es innerhalb
dieser keiner Überführung von Abwärme auf die Frischluft bedarf, vlies viel ehr
unerwünscht wäre. Jedoch besteht die Möglichkeit, in dem Zentralkanalbereich 72
weitere Steuerungsorgane vorzusehen, deren Betätigung dazu führt, dass die Warmluft
in einen Zweigkanal eingeführt wIrd, in welchem ein Wärmetauscher angeordnet ist,
der die Abwärme an eine Flüssigkeit niedrigeren Temperaturniveaus, bezogen auf die
Temperatur der Warmluft, beispielsweise an Frischwasser zur Erzeugung von Warmwasser
abgibt, wobei eine zusätzliche Wärmepumpe dafür sorgen kann dass das Temperaturniveau
des War -wassers 100 Grad und darüber erreicht, so dass auch Dampf für die verschiedensten
Zwecke erzeugt werden kann.
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Die Figur 2 lässt weiter erkennen, in welcher Weise eine bei 51
und
52 vorzusehende Vergussmasse zur Verbindung der w irmeübertragenden Wandungen 4
untereinander und mit den Leitwänden 31,-z2 zu benutzen ist. Zu erkennen sind rillenförmig
ausgeführte Abschlüsse 53,54, mit denen die ringzylindrischen Leitwände 31,32 stirnseitig
abschliessen. Zu erkennen sind weiter d3e inneren und äusseren, bogenförmigen Übergänge
41,42 zwischen den Wärmeübertragungswandungen 4 einer Schlingenfolge. Sich an die
Stirnflächen 43 der Schlingen in der Richtung nach unten und oben ansetzend Bereiche
der Wärmeübertragungswandungen 4 liegen, wie i:igur 2 crkennen lässt, oben und unten
in der Ausgussmasse 55, so dass letztere die Mündungen der von den Schleifen eingeschlossenen
R.iuIlle hermetisch verschliessen, die die erwähnten Stirnflächenbereiche untereinander
und gegen die Umgebung abdichten und ausscrdem die Teile 31, 32 mit den Leitwänden
31,32 abgedichtet verbinden. Dadurch können di erheblichen Arbeiten und Kosten in
Wegfall gebracht werdcn, die anderenfalls in Form von Verschweissungen, Verlötungen,
lötungen erforderlich wären, um aus Metallen bestehende Wärmetauscherteile an ihren
Stosstellen zu verbinden und abzudichten, ehenso sind Klebnähte in Fortfall zu bringen,
die aus Nichtmetallen bestehende Teile des Wärmetauschers verbinden und ihrerseits
ahzudichten, soweit nicht beispielsweise im Hochvakuum auf Schmelztemperatur gebrachtes
Hartlot zu diesem Zweck hergestellte Kapillarspalten ausfällt und dadurch temperaturfeste
Verbindungen gewährleistet.
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Es liegt im Wesen der Erfindung, dass sie sich in den Ausführungsbeispielen
nicht zu erschöpfen vermag. Vielmehr sind mannigfache Abänderungen und Abwandlungen
des Gezeigten und Beschrichenen zu verwirklichen, ohne dass der Erfindungsgedanke
verlassen wird.
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Überdies liegen hnderungen von Steuerungsteilen und deren Stellungen
im Belieben von Ahnehmern der erfindungsgegenständlichen Wärmetauscher, sie sind
infolge der Bauart jederzeit willkürlich zu ändern und forderungs- und/oder wunschgemäß
einzustellen. Auch könnten oben angesprochene aerostatisch und/oder dynamisch bedingte
Strömungen in Verbindung mit räumlich- thermischen Verhältnissen oder auch ohne
letztere dazu führen, dass sich Aufschichtungen von Kaltluft auf Warmluftansammlungen
bilden, die das Auftrittsvermögen letzterer immobilisieren und die Warmluft demgemäß
daran hindern oder stören, in die freie Atmoshäre abzufliessen. Das kann jedoch
ohne weiteres ausgeschlossen werden, dass mittels der vorgesehenen Steuermittel,
unter denen auch Raumluftthermostaten zu verstehen sind, eintretende Frischluft
auf Warmlufttemperatur aufgeheizt und einem die Warmluft aufnehmenden Stutzen ein
Ventilator vor- oder in den Stutzenkanal ein Saugluftgebläse eingeschaltet wird
bzw. werden; es gibt eine cihc anderer Möglichkeiten, zum gleichen Ergebnis zu kommen,
etwa eine llorizontalanordnung des Austrittsstutzen in Raumboden- bzw.
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lJntcrhodenniveaulage des Wärmetauschers, um zu bewirken, dass eine
beliebig abgekühlte Frischluftzone die Warmluftzone unterschichtet und die Warmluft
aus jedem zu entlüftenden Raum austreibt.
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Figur 3 zeigt die Gesamtanordnung eines Stalles mit unterhalb des
Stallbodens 92 angeordneten Jauchesammler 93, dem diesen entlüftenden Zentralrohr
94, dessen Flanschen 95 und dem Dachreiteraufsatz 96.
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Man erkennt ausserdem die Flanschen 915 die den htErmetauscher im
Verhltnis zu seinen Träger festlegen.