DE3012286A1 - Waermetauscher - Google Patents

Description

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Anmelder: Dr. Wolfgang Grün und Dr. Ing. Ingo Grün, Preußenstraße 31, 4030 Ratingen 6 (Hösel)

Wärmetauscher

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, der

wenigstens zwei durch eine Wand voneinander getrennte Kanäle für den Durchstrom der Strömungsmittel wie Gas, zwischen denen ein Wärmetausch stattfinden soll, aufweist, die aus schlecht wärmeleitendem Material besteht und die von in beide Kanäle ragenden wärmeleitenden

Stiften durchsetzt ist.

Rekuperative Wärmetauscher für Luftströme sind in zahlreichen Ausführungen bekannt. Sie weisen in der Regel parallel angeordnete feststehende Platten auf, die

beispielsweise aus Glas oder Metall bestehen und die beiden Luftströme voneinander trennen, zwischen denen der Wärmetausch stattfinden soll. Der Wärmeübergang erfolgt aufgrund einer guten Leitfähigkeit der Platten, die zu diesem Zweck, wenn sie aus Metall bestehen, auch

eine profilierte Oberfläche aufweisen können. Um die Wärmetauschfläche weiter zu vergrößern, ist es auch bekannt, mehrere Platten lamellenartig parallel nebeneinander anzuordnen, so daß die beiden Luftströme abwechselnd durch die Schlitze zwischen den Platten 35

geführt werden. Erst durch eine derartige kompakte

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Bauweise erhält man wirtschaftlich interessante Wärmetauscher .

Die vorstehend genannten bekannten Wärmetauscher können wegen ihrer kompakten Bauweise beispielsweise in Kanäle mit quadratischem oder rechteckigem Querschnitt eingebaut werden, eignen sich Jedoch weniger für den Einbau in schmale Luftschlitze, weil ihre wärmetauschende Oberfläche hierfür zu gering ist. Ein weiterer Nachteil dieser bekannten Wärmetauscher besteht darin, daß eine Wärmeleitung nicht nur senkrecht zu den die Luftströme trennenden Platten, sondern wegen der guten Wärmeleitfähigkeit der Platten auch in deren Längsrichtung erfolgt. Diese Erscheinung wirkt jedoch der Absicht entgegen, daß sich der Luftstrom beim Durchströmen des Wärmetauschers stetig abkühlt bzw. erwärmt, wozu ein Temperaturgefälle in Strömungsrichtung erforderlich ist. Je größer dieses Temperaturgefälle ist, desto größer ist auch der Wirkungsgrad des Wärmetauschers. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß die Wärme aus den Luftströmen lediglich aus deren an die Platten angrenzenden Schichten übertragen wird und dementsprechend der Strömungsquerschnitt möglichst klein sein soll, der Wärmetauscher also möglichst vielen Lamellen auszustatten ist, was einen entsprechenden Aufwand verursacht. Profiliert man die Oberfläche in größerem Ausmaß, wird eine turbulente Luftströmung erzwungen, wodurch jedoch der Strömungswiderstand erheblich erhöht und eine gewisse Mindestströmungsgeschwindigkeit vorausgesetzt wird, wodurch wiederum der Wirkungsgrad des Wärmetauschers sinkt.

Für Atemgeräte ist ein Wärmetauscher bekannt (US-PS 3 895 675), der in einem hohlen Gehäuse aus schlecht

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wärmeleitendem Material wie glasfaserverstärktem Polyester in Längsrichtung verlaufende Trennwände aus gleichem Material und diese Trennwände senkrecht zur Strömungsrichtung durchsetzende Stifte aus gut wärmeleitendem Material wie Kupfer enthält, die sich von Wand zu Wand durch den Kanal und die Trennwände erstrecken und für den Wärmeübergang zwischen den benachbarten Strömungsabschnitten des für intermittierenden Betrieb ausgelegten Wärmetauschers sorgen* Auf diese Weise ist eine Wärmespeicherung in und eine Wärmeleitung entlang den Trennwände! auf ein Minimum herabgesetzt und gewärleistet, daß der Wärmetausch nicht nur zwischen den unmittelbar an die Trennwände angrenzenden Bereichen der Luftströme stattfindet.

Nachteilhaft ist jedoch, daß die Trennwände des Wärmetauschers verhältnismäßig starr sind und dementsprechend die für den Wärmetausch bestimmten Stifte genau passend ausgebildet und in entsprechende öffnungen eingebaut werden müssen. Auch findet allenfalls ein Wärmetausch, nicht jedoch auch ein Feuchtigkeitsübergang zwischen den gegeneinander strömenden Luftströmen statt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen preiswert herzustellenden und insbesondere flach bauenden und leicht auch an engen Stellen einsetzbaren Wärmetauscher zu schaffen, der auch bei extrem flacher Bauweise noch mit sehr gutem Wirkungsgrad arbeitet.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einem Wärmetauscher der eingangs genannten Gattung vorgeschlagen, daß die die verschiedenen Ströme trennende Wand aus einer flexiblen Folie besteht und die Stifte an beliebigen Stellen in dieselbe eingesteckt sind. Im Gegensatz zu bekannten Wärmetauschern ist die Trennwand zwi-

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sehen den Abgasströmen also nicht starr, sondern flexibel ausgebildet, so daß der Wärmetauscher nicht nur sehr flach baut, sondern auch in komplexe Formen gebracht werden kann, weil die aus einer flexiblen Folie bestehende Trennwand sich nicht nur in gradlinige, sondern auch gebogene, abgewinkelte oder sonstwie verlaufende Kanäle problemlos einbauen läßt. Die Anbringung der für die Wärmeleitung vorgesehenen Stifte ist ebenfalls einfach durchzuführen, weil die StiÜe Je nach Bedarf durch die Folie einfach hindurchgesteckt werden und dementsprechend keine vorgefertigten Löcher notwendig sind. Wegen der Flexibilität bzw. einer gewissen Elastizität der Folie legt sich deren Material dichtend gegen die durchgesteckten Stifte, die daher lediglich eingesteckt zu werden brauchen und dann sofort voll funktionsfähig sind.

Vorzugsweise besteht die Folie aus Kunststoff wie PVC, der einerseits eine ausreichende Festigkeit und andererseits eine ausreichende Flexibilität und Elastizität aufweist, um die gewünschte Funktion als vielseitig formbare Trennwand, in welche die wärmeleitenden Stifls lediglich eingesteckt zu werden brauchen, zu erfüllen.

Zweckmäßig enthält die Folie eine Gewebeeinlage mit verhältnismäßig großer Maschenweite, wodurch deren Tragfähigkeit verbessert wird, damit die Folie sich unter dem Gewicht der eingesteckten Stifte nicht dauerhaft verformen kann. Die verhältnismäßig große Maschenweite der Gewebeeinlage gewährleistet, daß die Stifte beim Einstecken jeweils auf eine Öffnung in der Gewebeeinlage stoßen und dementsprechend die Gewebeeinlage dem Einstecken der Stifte keinen wesentlichen Widerstand entgegensetzt. Andererseits ist

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auch ein weitmaschiges Gewebe ausreichend, um die Tragfähigkeit der flexiblen und bis zu einem gewissen Grad auch elastischen Folie merklich zu erhöhen. 5

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann die Folie feuchtigkeitsdurchlässig sein. Auf diese Weise findet zwischen den Gasströmen, zwischen denen ein Wärmetausch gewünscht ist, auch ein Feuchtigkeitstausch statt, indem aus dem sich abkühlenden Luftstrom durch Kondensation ausfallende Feuchtigkeit in den aufzuwärmenden Gasstrom gelangt und dort verdampft. Dadurch findet nicht nur eine Befeuchtung des zu erwärmenden Gasstromes statt, sondern wird auch zusätzliche Entalpie gewonnen. Ein derart ausgebildeter Wärmetauscher ist besonders gut für Klimageräte und Raumbelüftungszwecke geeignet.

Die für den Wärmetransport bestimmten Stifte enden nach einem weiteren Merkmal der Erfindung zwischen den Außenwänden der benachbarten Kanäle des Wärmetauschers, so daß ein Wärmetransport zu diesen Wänden nicht stattfindet und der Einbau der als flexible Folie ausgebildeten Trennwand zwischen den benachbarten Kanälen besonders einfach ausgeführt werden kann, nämlich indem man nur die Folie und nicht auch noch die Stifte an den Außenwänden des Wärmetauschers befestigen muß.

Zweckmäßig sind die Enden der Stifte erweitert, beispielsweise abgeflacht, so daß sie an den der Trennwand entfernt liegenden Stellen eine besonders große Wärmeübergangsfläche bieten.

Weiterhin können wenigstens einige der wärmeleitenden Stifte feuchtigkeitsdurchlässig ausgebildet sein, beispielsweise einen Kern nach Art eines Dochtes enthalten, so daß kondensierende Luftfeuchtigkeit aus dem

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sich abkühlenden Luftstrom in den aufgewärmten Luftstrom transportiert wird und dort verdampfen kann.

Der erfindungsgemäße Wärmetauscher ist wegen seiner flachen Bauweise und der Möglichkeit, ihm problemlos komplexe Formen zu geben, besonders für den Einbau in Fassaden, Außenwände, Dächer usw. von Gebäuden für eine dezentrale Wärmerückgewinnung von abgeführter Raumluft geeignet. Obwohl der Wärmetauscher mit nur einer aus einer flexiblen Folie bestehenden Trennwand bereits sehr gute Wirkungsgrade liegt, kann man auch mehrere derartige Trennwände nach Art von Lamellen parallel zueinander anordnen, wodurch man insgesamt einen grösseren Strömungsquerschnitt erhält.

Die Außenwände des Wärmetauschers können aus schallabsorbierendem Material bestehen, so daß der Wärmetauscher gleichzeitig schalldämmend wirkt, was dem steigenden Bedarf an Raumbelüftung mit Schallschutz entgegenkommt. Der erfindungsgemäße Wärmetauscher ist deshalb besonders für Raumlüftungsanlagen und Klimaanlagen in Wohngebäuden geeignet.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Wärmetauschers schematisch dargestellt, und zwar zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch den Wärmetauscher und Fig. 2 eine Draufsicht auf die die Trennwand innerhalb des Wärmetauschers bildende Folie mit eingesteckten, für den Wärmetransport bestimmten Stiften verschiedener Ausführungsformen.

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Der in Fig. 1 dargestellte Wärmetauscher hat ein aus schallabsorbierendem Material bestehendes Gehäuse 1, dessen Innenraum 2 von einer eingelegten flexiblen Folie 3 in zwei parallel zueinander verlaufende Kanäle 4 und 5 unterteilt ist, durch die zweckmäßig im Gegenstrom gemäß den Pfeilen 6 bzw. 7 Luft strömt, wobei zwischen diesen Luftströmen ein Wärmetausch stattfinden soll. Die flexible Folie 3 besteht aus einem eine gewisse Elastizität aufweisenden Kunststoff wie PVC und enthält eine weitmaschige Gewebeeinlage 8. Das Material der Folie 3 ist praktisch nicht wärmeleitend.

Für den Wärmetausch zwischen den Kanälen 4 und 5 sind durch die Folie 3 Stifte 9, 10 bzw. 11 hindurchgesteckt, wobei aus Fig. 2 zu erkennen ist, daß diese Stifte Jeweils durch eine öffnung zwischen einander überkreuzenden Fäden der weitmaschigen Gewebeeinlage 8 gesteckt sind. Alle Stifte 9» 10 bzw. 11 enden in einem geringen Abstand von der Innenwand des Gehäuses 1, das, wie Fig. 1 zeigt, gradlinig und/oder auch komplex geformt wie beispielsweise gebogen ausgebildet sein kann.

Die Stille 9 sind als zylindrische Stifte mit einem erweiterten Kopf 12 ausgebildet, während die Stifte 10 abgeflacht sind. Die Stifte 9 und 10 können auch als Hohlkörper ausgebildet sein und eine gerippte oder geriffelte Oberfläche aufweisen, so daß sie beispielsweise von dem durch den Kanal 4 strömenden Luftstrom in diesem enthaltene Wärme aufnehmen und sie durch die Folie 3 in den Kanal 5 leiten, um den dort in Gegenrichtung strömenden Luftstrom zu erwärmen. Durch ge·* eignete Anordnung und Formgebung der Stifte 9 bzw. 10 können die Luftströme zwischen den Stiften umgelenkt werden, wie durch die Pfeile 7 in Fig. 2 angedeutet

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ist, damit möglichst jedes Luftteilchen unmittelbar mit den Stiften in Berührung kommt und der Wärmeübergang optimal ist. Durch die flachen Köpfe 12 der Stifte 9 bzw. die spezielle Formgebung der Stifte 10 erhält man eine günstige Kombination zwischen einer großen Oberfläche der Stifte im Luftstrom und einem großen vollen Querschnitt der Stifte für eine gute Wärmeleitung zwischen den Kanälen 4 und 5.

Die Stifte 11 sind hohl ausgebildet und enthalten in ihrer Wand öffnungen 13» so daß eine in jedem Stift enthaltene wassersaugende Füllung 14 optimal mit den Luftströmen in Kontakt tritt. Diese Füllung 14 bewirkt nach Art eines Dochtes eine Übertragung sowohl von Wärme als auch von Feuchtigkeit zwischen den Kanälen 4 und 5. Alternativ kann man die Stifte auch selbst porös ausbilden und mit Kapillaren ausfüllen, um die Dochtwirkung bzw. den Feuchtigkeitstransport zu erzielen.

Die flexible Folie. 3 wird bei der Montage des Wärmetauschers in denselben eingelegt, beispielsweise zwischen zwei sein Gehäuse bildenden Teilen festgeklemmt. Eine weitere Verbindung ist nicht notwendig, weil die Stifte 9, 10 und 11 nur an der Folie 3 befestigt sind und mit dem Gehäuse 1 des Wärmetauschers nicht in Kontakt treten sollen. Sie sorgen für einen optimalen Wärmeübergang auf kleinstem Raum auch bei komplexen Formen des Wärmetauschers.

G/us

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Claims (8)

1. Patentansprüche:

   Wärmetauscher, mit wenigstens zwei durch eine Wand voneinander getrennten Kanälen für den Durchstrom der Strömungsmittel wie Gase, zwischen denen ein Wärmetausch stattfinden soll, wobei die Wand aus schlecht wärmeleitendem Material besteht und von in beide Kanäle ragenden wärmeleitenden Stiften durchsetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand aus einer flexiblen Folie (3) besteht und die Stifte (9; 10; 11) an beliebigen Stellen in dieselbe eingesteckt sind.
2. 2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die FoUe (3) aus Kunststoff wie PVC be-

   20 steht.
3. 3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie (3) eine Gewebeeinlage (8) mit verhältnismäßig großer Maschenweite ent-

   25 hält.
4. 4. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie (3) feuchtigkeitsdurchlässig ist.

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5. 5. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stifte (9; 10; 11)

   im Abstand von den Außenwänden (1) der benachbarten Kanäle (4; 5) enden.
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6. 6. Wärmetauscher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden (12) der Stifte (9) erweitert,

   beispielsweise abgeflacht, sind. 5
7. 7. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einige Stifte (11) feuchtigkeitsdurchlässig ausgebildet

   sind. 10
8. 8. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß seine Außenwand (1) wenigstens zum Teil aus schallabsorbierendem

   Material besteht. 15

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