DE3235686A1

DE3235686A1 - Gegenstrom-waermetauscher mit kippbarem register

Info

Publication number: DE3235686A1
Application number: DE19823235686
Authority: DE
Inventors: Wilfred E. Zürich Schönmann
Original assignee: SCHOENMANN WILFRED ERNST
Current assignee: SCHOENMANN WILFRED ERNST
Priority date: 1982-03-15
Filing date: 1982-09-27
Publication date: 1983-09-22

Description

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Wilfred E. Schönmann Zürich/Schweiz

Gegenstrom-Wärmetauscher mit kippbarem Register

Wilfred E. Schönitiann * Zürich/Schweiz

Gegenstrom-Wärmetauscher mit kippbarem Register

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Gegenstrom-Wärmetauscher mit einem kippbaren Register, das zwei in Gegenrichtung anströmbare, einen Verdampfer bzw. einen Kondensator bildende Registerhälften umfasst, die strömungsverbunden sind und in denen sich ein flüssiges Arbeitsmedium befindet, sowie mit einer der variablen Einstellung der Neigung des Registers dienenden Kippvorrichtung.

Kippbare Gegenstrom-Wärmetauscher dieser Art arbeiten nach dem Prinzip des Wärmerohres und bestehen aus zwei Registerhälften, die durch eine Anzahl einzelner Wärmerohre verbunden sind, in welchen sich ein flüssiges Arbeitsmittel befindet. Eine die beiden Registerhälften unterteilende dichte Schottwand trennt dabei die im

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Gegenstrom fliessenden Luftströme. Hierbei bewirkt die auf der sogenannten warmen Seite mit dem Luftstrom zugeführte Wärme ein Verdampfen der Arbeitsflüssigkeit. Auf der kalten Seite des Gegenstrom-Wärmetauschers hingegen kondensiert der Dampf und gibt seine Wärme über die wirksame Arbeitsfläche des Wärmetauscher an den kalten Luftstrom ab. Der Kreislauf des Arbeitsmittels wird dabei durch Schwerkraft aufrecht erhalten, indem die Flüssigkeit von der höher liegenden "kalten" Registerhälfte, die einen Kondensator bildet, zur tiefer liegenden "warmen" Registerhälfte, die einen Verdampfer bildet, zurückfliesst.

Verringert man nun die Heigung, wofür der Gegenstrom-Wärmetauscher mit einer Kipp-Vorrichtung ausgerüstet ist, rinnt das flüssige Arbeitsmittel weniger rasch zur Verdampferseite zurück, womit der innere Kreislauf verzögert wird und die Anordnung - trotz sonst gleichen Bedingungen - weniger Wärme überträgt.

Damit kann der Gegenstrom-Wärmetauscher als regelbare Wärmerückgewinnungs-Einheit zur Reduzierung der Ver-

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luste von Heiz- und Kälteenergie zum Beispiel in Klimaanlagen, Lüftungsanlagen, Kälteanlagen, Trocknungsanlagen u.a.m. eingesetzt werden.

Nach dem heutigen Stand der Technik werden diese Gegenstrom-Wärmetauscher durch zwei in der Mitte des unteren horizontalen Rahmenteiles angebaute Lager abgestützt, die dann über einen Wellenzapfen die Gewichtskraft des Wärmetauschers auf zwei auf dem Fundament sitzende Böcke überträgt. Als grosser Nachteil wird dabei empfunden, dass die zu übertragenden Kräfte mehrheitlich auf einen Punkt konzentriert sind, wodurch der Rahmen des Wärmetauschers entsprechend verstärkt werden muss und - falls das Gerät nicht direkt auf dem Fundament gelagert werden kann - eine entsprechend kräftige Trägerkonstruktion erforderlich wird. Dieser zweite Punkt ist speziell von Bedeutung, wenn der Wärmetauscher in ein relativ leichtes Blechgehäuse einzubauen ist.

Nachteilig bei solchen Anordnungen ist ferner, dass sich mit dem veränderlichen Kippen auch die Lage der Luft-Durchtrittsflächen bezüglich der festen Kanalan-

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Schlüsse verändert, wobei insbesondere eine starke seitliche Verschiebung des Registers erfolgt, was bei der Herstellung der Kanalanschlüsse im betreffenden Luftströmungssystem grosse Probleme aufwirft. In der Regel müssen dabei entweder die Querschnitte der Kanalanschlüsse erheblich überdimensioniert oder wesentliche Strömungsverluste in Kauf genommen werden.

Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen kippbaren Gegenstrom-Wärmetauscher so auszugestalten, dass sich die von der Kippvorrichtung auf das Register übertragenen Kräfte besser auf die Gesamtkonstruktion verteilen lassen und dass sich für die Installation Festanschlüsse ergeben, ohne dabei die Funktions- und Kippfähigkeit des Wärmetauschers einzuschränken.

Dies wird nun erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass die Kippvorrichtung das Register um einen im Schnittpunkt der Diagonalen in der Durchtrittsebene des Registers liegenden Drehpunkt bewegt.

Durch diese Massnahmen wird es möglich, die Kippvorrichtung an zwei Stellen des Registers angreifen zu lassen und somit dessen Gewicht auf zwei Punkte zu verteilen. Zudem kann damit eine ständige Einmittung des Registers in Abhängigkeit seiner Kipplage erfolgen, was dessen bisherige seitliche Auslenkung beim Kippen stark vermindert.

Ansich kann nun die Kippvorrichtung verschieden ausgebildet sein, um ein Bewegen des Registers um einen im Schnittpunkt der Diagonalen in der Durchtrittsebene des Registers liegenden Drehpunkt zu ermöglichen. Beispielsweise kann das Register auf einer Wiege aufsitzen, deren Wiegeradius den Drehpunkt als Mittelpunkt hat. Oder das Register kann an beiden Enden auf Hubmitteln aufsitzen, die dann gegeneinander verstellbar sind.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung ist aber darin zu sehen, dass die Kippvorrichtung ein Seilzugsystem mit zwei voneinander distanzierten, über Umlenkrollen geführten Seilsträngen umfasst, an deren

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freien Enden das Register schmalseitig aufgehängt ist; und/oder insbesondere/ dass die Kippvorrichtung ein Seilzugsystem oder dgl. umfasst, dessen Seil oder dgl. sich oberhalb des Registers erstreckt und nahe den schmalen Oberkanten des Registers über Umlenkrollen mit beiden Enden nach unten umgelenkt ist, wobei an den beiden Enden des Seiles oder dgl, das Register schmalseitig aufgehängt ist und wobei am Register Stellmittel zum Kippen des Registers unter Verschiebung des Seiles oder dgl. angreifen.

Hierbei können dann die Stellmittel einen Linearmotor oder ein Stellmagnetsystem oder ein hydraulisches oder pneumatisches Kolben-Zylinder-System umfassen, womit eine Kippbewegung in die eine oder andere Richtung von aussen und stufenlös erreicht werden kann.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemässen Gegenstrom-Wärmetauschers ergibt sich durch ein, das Register und, wenigstens teilweise, die Kippvorrichtung vollständig umgebendes Gehäuse mit von der Anström- bzw. Abströmseite der Registerhälften di-

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stanzierten, entsprechende Durchströmöffungen im Gehäuse begrenzenden Anschlussflanschen für den Anschluss von äusseren Systemkanälen, wobei der Strömungsweg mindestens zwischen den Anströmflächen der Verdampferseite bzw. den An- und Abströmflachen der Kondensatorseite des Registers und den betreffenden Anschlussflanschen mindestens teilweise durch flexible, balgförmige Manschetten begrenzt ist.

Durch diese Massnahmen ist es nunmehr möglich, installationsseitig mit genau dimensionierten F<sstanschlüssen zu arbeiten, die durch die Anschlussflanschen am Gehäuse gegeben sind. Hierbei wird die Kippfähigkeit des Registers in keiner Weise eingeschränkt, da die jeden Strömungsverlust verhindernden flexiblen, balgförmigen Manschetten der Relativverschiebung zwischen Register und Gehäuse ohne bleibende Deformation folgen können. Hierbei kann die seitliche Ausdehnung des Gehäuses in der Strömungsebene wesentlich verringert werden, da die erfindungsgemässe Kippvorrichtung das Register automatisch im Gehäuse in Abhängigkeit seiner Kipplage einmittet.

Hierbei ist es '.on Vorteil, wenn die Umlenkrollen für
das Seil oder dgl. innenseitig des Gehäuses abgestützt sind.

Um weiter dem Register innerhalb des Gehäuses eine geführte Kippbewegung erteilen zu können, besteht eine
erfindungsgemässe Weiterausbildung des Gegenstrom-Wärmetauschers darin, dass wenigstens an einer Schmalseite des Registers eine an der Innenwand des Gehäuses anstehende Steuerkurve mit einem Radiusmittelpunkt im
Drehpunkt des Registers ausgebildet ist.

Eine beispielsweise Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes ist nachfolgend anhand der Zeichnung,
welche den erfindungsgemässen Gegenstrom-Wärmetauscher in einer schaubildartigen, graphischen Schnittdarstellung zeigt, näher erläutert.

Gemäss den Darstellungen umfasst der erfindungsgemässe Gegenstrom-Wärmetauscher ein sogenanntes Register 3
mit zwei, bezüglich deren Luftströmungsdurchdringung
voneinander getrennten Registerhälften 1 und 2, von

denen die eine Registerhälfte 1 hier einen Verdampfer und die andere Registerhälfte 2 einen Kondensator bilden. Wie einleitend ausführlich beschrieben, befindet sich im Register 3 ein flüssiges Arbeitsmedium, durch das der verdampferseitig strömenden Luft Wärme entzogen und der kondensatorseitigen Luft Wärme zugeführt wird, wobei die Kipplage des Registers ein Mass für die übertragene Wärmemenge ist.

Solche Anordnungen sind soweit bekannt.

Hier ist nun das Register 3 von einem Gehäuse 4 umschlossen, wobei dieses Gehäuse Durchströmöffnungen aufweist, welche von Anschlussflanschen 5-8 für den Anschluss von äusseren Systemkanälen IO umgeben sind. Wie die Darstellungen erkennen lassen, sind diese Anschlussflansche 5-8 von den An- bzw. Abströmseiten des Registers 3 distanziert, m.a.W. ist das Gehäuse 4 um einiges breiter wie das Register 3.

Weiter ist der Strömungsweg zwischen der Anströmfläche des Verdampfers 1 und dem betreffenden Gehäuse-

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Anschlussflansch 7; zwischen der Anströmfläche des Kondensators 2 und dem betreffenden Anschlussflansch 5; sowie zwischen der Äbströmflache des Kondensators 2 und dem Anschlussflansch 6 je durch eine flexible, balgförmige Manschette 9 begrenzt.

Es ist bereits hier erkennbar, dass installationsseitig mit genau dimensionierten Festanschlüssen, nämlich den Gehäuse-Anschlussflanschen 5-8, für die Systemkanäle 10 gearbeitet werden kann, völlig unabhängig der Kippvorgänge am Register 3 und ohne Einschränkung der Kippfähigkeit dieses Registers, da die flexiblen, balgförmigen Manschetten der Relativverschiebung zwischen dem Register und den einzelnen Gehäuse-Anschlussflanschen 5-8 ohne weiteres und ohne bleibende Deformationen folgen können. Die Manschetten 9 verhindern dabei jeden Strömungsverlust.

Entgegen der Darstellung könnte natürlich auch eine Manschette zwischen der Äbströmflache des Verdampfers und dem zugeordneten Anschlussflansch 8 vorgesehen sein. Dies ist aber nicht zwingend, da ausblasseitig der Ab-

luft keine definierten Strömungswege notwendig sind. Der verbleibende Raum im Gehäuse 1 kann deshalb der wahlweisen Aufnahme eines Tropfenabscheiders (nicht gezeigt) und einer Tropfschale 11 dienen.

unabhängig der Einbauart des Registers 3, etwa in das vorbeschriebene Gehäuse 4, das allerdings eine bevorzugte Ausführungsform darstellt, ist für ein Kippen bzw. Schrägstellen des Registers 3 gemäss seinem vorbeschriebenen Verwendungszweck die Kippvorrichtung erfindungsgemäss so ausgebildet, dass das Register 1 um einen im Schnittpunkt der Diagonalen 12 und 13 in der Durchtrittsebene des Registers liegenden Drehpunkt 14 gekippt wird.

Hierfür umfasst die Kippvorrichtung ein Seilzugsystem oder auch Kettenzug- oder Bandzugsystem, dessen Seil (oder Kette oder Band) sich oberhalb des Registers 1 erstreckt und nahe den schmalen Oberkanten des Registers über Umlenkrollen 16 mit beiden Enden nach unten umgelenkt ist. Das Register 1 ist dabei schmalseitig über seitlich abragende Laschen 17 an den beiden Seil-

enden aufgehängt. An der hier kondensatorseitigen Lasche 17 greift zudem der Kolben 18 eines hydraulischen oder pneumatischen Kolben-Zylinder-Systems 19 oder dgl. gelenkig an. Durch Letzeres wird eine Fernbetätigung erreicht, die zu einer automatischen Steuerung erweitert werden kann.

Durch die vorbeschrxebene Kippvorrichtung wird zunächst erreicht, dass die durch das Gewicht des Registers entstehenden Kräfte auf zwei Lagerpunkte verteilt werden. Hierbei werden diese Kräfte von den oberen beiden Ecken des Gehäuses 4 (Anordnung der Rollen 16) aufgenommen, nämlich dort, wo die Festigkeit des relativ schwachen Blechgehäuses am grössten ist. Zudem hängt das Register 1 frei kippbar in der Weise, dass ein, durch eine äussere Kraft hervorgerufenes Heben oder Senken auf der einen oder anderen Seite des Registers eine zwangsläufige Gegenbewegung auf der anderen Seite hervorruft. Dies erfolgt, ohne dass sich der Schnitt- and Drehpunkt 14 verschiebt, womit sich das Register 1 grundsätzlich um diesen Punkt 14 dreht.

Für eine weitere Zentrierung des Registers 1 ist es dabei von Vorteil, wenn wenigstens an einer Schmalseite des Registers 1 ein Steuerkurvenflansch 20 vorgesehen ist, der zwischen Druckrollen 22 geführt sein kann und der sich mit seiner Steuerkurve 21 an der Innenwand des Gehäuses 4 abstützt. Hierbei besitzt die Steuerkurve 21 einen Radiusmittelpunkt, der im Drehpunkt 14 des Registers 1 liegt.

Aus dem Vorbeschriebenen ergibt sich somit ein kippbarer Gegenstrom-Wärmetauscher von robuster und kompakter Bauweise, der den gestellten Anforderungen vollumfänglich gerecht wird.

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Patentansprüche

fl.j Gegenstrom-Warmetauscher rait einem kippbaren Register, das zwei in Gegenrichtung anströmbare, einen Verdampfer bzw. einen Kondensator bildende Registerhälften umfasst, die strömungsverbunden sind und in denen sich ein flüssiges Arbeitsmedium befindet, sowie mit einer der variablen Einstellung der Neigung des Registers dienenden Kippvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass die Kippvorrichtung das Register (1) um einen im Schnittpunkt der Diagonalen in der Durchtrittsebene des Registers liegenden Drehpunkt (14) bewegt.
2. Gegenstrom-Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kippvorrichtung ein Seilzugsystem mit zwei voneinander distanzierten, über Umlenkrollen geführten Seilsträngen umfasst, an deren freien Enden das Register schmalseitig aufgehängt ist.
3. Gegenstrom-Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kippvorrichtung ein Seilzugsystem oder dgl. umfasst, dessen Seil (15) oder dgl. sich oberhalb des Registers (1) erstreckt und nahe den schmalen Oberkanten des Registers über Umlenkrollen (16) mit beiden Enden nach unten umgelenkt ist, wobei an den beiden Enden des Seiles (15) oder dgl. das Register (1) schmalseitig aufgehängt ist und wobei am Register (1) Stellmittel (18,19) zum Kippen des Registers (1) unter Verschiebung des Seiles (15) oder dgl. angreifen.
4. Gegenstrom-Wärmetauscher nach den Ansprüchen 1 und

3, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellmittel (18,19) einen Linearmotor oder ein Stellmagnetsystem oder ein hydraulisches oder pneumatisches Kolben-Zylinder-System umfassen.
5. Gegenstrom-Wärmetauscher nach den Ansprüchen 1 bis

4, gekennzeichnet durch ein, das Register (1) und_f wenigstens teilweise, die Kippvorrichtung (15-22) vollständig umgebendes Gehäuse (4) mit von der An-

ström- bzw. Abströmseite der Registerhälften (1,2) distanzierten, entsprechende Durchströmöffnungen im Gehäuse (4) begrenzenden Anschlussflanschen (5-8) für den Anschluss von äusseren Systemkanälen (10), wobei der Strömungsweg mindestens zwischen den Anströmflächen der Verdampferseite (1) bzw. den An- und Abströmflächen der Kondensatorseite (2) des Registers und den betreffenden Anschlussflanschen (5-8) mindestens teilweise durch flexible, balgförmige Manschetten (9) begrenzt ist.
6. Gegenstrom-Wärmetauscher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Umlenkrollen (16) für das Seil (15) oder dgl. innenseitig des Gehäuses abgestützt sind.
7. Gegenstrom-Wärmetauscher nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens an einer Schmalseite des Registers (1) eine an der Innenwand des Gehäuses (4) anstehende Steuerkurve (21) mit einem Radiusmittelpunkt im Drehpunkt (14) des Registers (1) ausgebildet ist.