DE3329557A1 - Air/air plate heat exchanger (recuperator) - Google Patents

Air/air plate heat exchanger (recuperator)

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DE3329557A1 DE19833329557 DE3329557A DE3329557A1 DE 3329557 A1 DE3329557 A1 DE 3329557A1 DE 19833329557 DE19833329557 DE 19833329557 DE 3329557 A DE3329557 A DE 3329557A DE 3329557 A1 DE3329557 A1 DE 3329557A1
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Hans-Uwe Dipl.-Ing. 8104 Grainau Tiedtke
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    • F28D9/0031—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by paired plates touching each other
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F12/00—Use of energy recovery systems in air conditioning, ventilation or screening
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Abstract

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Description

Luft-Luft-Plattenwärmetauscher (Rekuperator) Die meisten bekannten Luft-Luft-Plattenwärmetauscher dieser Art sind für den Luftaustausch größerer, da relativ teuer, meist gewerblicher Räume ausgelegt.Air-to-air plate heat exchanger (recuperator) Most known Air-to-air plate heat exchangers of this type are larger for the exchange of air relatively expensive, mostly designed for commercial spaces.

Durch die Hohe Dichtheit moderner Fensteranlagen und mehrschichtig isolierte Außennauern findet kaum noch ein natürlicher Luft- und Feuchteaustausch statt.Due to the high tightness of modern window systems and multilayered isolated outside walls hardly find a natural exchange of air and moisture instead of.

Durch die veränderte Energiesituation könnte es schon wirtschaftlich sein auch kleinere. Päime, sowohl im gewerblichen, als auch im privaten Bereich mit Wärmetauschern auszustatten. Voraussetzung ist , daß es einen kleinen, technischen einfachen und von jedermann zu installierenden, preisgünstigen Wärmetauscher mit höchstem Wirkungsrad gibt.The changed energy situation could make it economical its also smaller. Päime, both in the commercial as well as in the private sector to be equipped with heat exchangers. The prerequisite is that it is a small, technical one simple and inexpensive heat exchanger that can be installed by anyone highest degree of effectiveness.

Um einen möglichst hohen Wirkungsgrad zu erzielen, ist es erforderlich die Oberflächen der Tauschflächen so zu formen, dan eine gleichmäßige Verteilung des Fluidstromes über alle Bereiche und eine möglichst starke Verwirbelung der Fluidströme erreicht wird. Von ausschlaggebender Bedeutung ist es die Fluidströme unterschiedlicher Temperatur gegenströmig zu führen,damit an jeder Stelle der Tauschflächen das größte #@ zwischen den benachbarten Fluidströmen erricht wird.In order to achieve the highest possible degree of efficiency, it is necessary To shape the surfaces of the exchange areas in such a way that they are evenly distributed of the fluid flow over all areas and the greatest possible turbulence in the fluid flows is achieved. Of crucial importance it is the fluid flows of different To lead the temperature in the opposite direction, so that the largest at every point of the exchange surfaces # @ is established between the adjacent fluid flows.

Um einen möglichst enden Kontakt zwischen Fluid iinrl Tauschfläche zu erreichen, wurde eine Reihe von Tauschern mit Noppen, Bäulen, Wellen Stegen rind anderen @nebenheiten ausgerüstet. Diese verursachen Turbulenzen im Fluidstrom und damit einen guten Kontakt zur Tauschoberfläche. Die Grenzschicht des Fluids, die auf jeder Oberfläche liegt, wird dadurch jedoch nur in kleinsten Bereichen unkontrolliert zerstört. Um den Wirkungsgrad zu erhöhen, muß man an diesem Punkt weitere Überlegungen anstellen.In order to achieve the best possible contact between the fluid and the exchange surface To achieve this, a number of exchangers with knobs, pillars, shafts, ridges were cattle other @evennesses equipped. These cause turbulence in the fluid flow and thus a good contact with the exchange surface. The boundary layer of the fluid that on every surface is, however, only in the smallest Areas destroyed in an uncontrolled manner. In order to increase the efficiency, you have to do this Point further considerations.

Weiter ist festzustellen, daß im Bereich der Kreuzstromfiihrung des Fluids maximal ein theoretischer Wirkungsgrad von 50 % erreicht werden kann, da im größten Teil des Tauschers abkflhlende Fluide gegen sich erwärmende Fluide kreuzen, also nur am kleinsten Teil der Tauschflächen Fluide mit dem qrnßten dt gegeneinander strömen. Um diesen grundsätzlichen Nachteil zu beseitigen ist es erforderlich einen Wärmetscher zu konstuieren, bei dem der Fluidstrom optimal gegenströmig fließt und die Kreuzstromflächen so gering wie möglich gehalten werden. It should also be noted that in the area of the cross-flow of the Fluids a maximum theoretical efficiency of 50% can be achieved because in the greater part of the exchanger, cooling fluids cross with heating fluids, so only on the smallest part of the exchange surfaces fluids with the largest dt against each other stream. In order to eliminate this fundamental disadvantage, one is required To construct a heat exchanger in which the fluid flow optimally flows in the opposite direction and the cross-flow areas are kept as small as possible.

Hier soll die Erfindung Abhilfe schaffen: 1. Die Luftströme werden innerhalh des Systems je nach Krferdernis mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten gefahren. Die Raumluft (warmes Fluid) (I) tritt durch eine relativ große Öffnung hinter einer Kurzschlußblende I1, die das Eindringen abgeführter Luft in die Zuluftöffnung verhindert, in die Vorkammer I2 mit geringer Geschwindigkeit ein. The invention is intended to provide a remedy here: 1. The air currents are Within the system, depending on the problem, at different speeds drove. The room air (warm fluid) (I) passes through a relatively large opening behind a short-circuit screen I1, which prevents the penetration of discharged air into the air inlet opening prevents the antechamber I2 from entering at low speed.

2. Hier trifft die Luft auf flache,rechteckige Wandungen 1.6, die den Geqenstromkanal verschließen und tritt in Öffnungen 1.7 ein mit den Leitblechen 1.2 in den Kreuzstrombereich I3,A5 des Registers. Von der Eintrittsöffnung 1.7 bis zur eigentlichen Tauschfläche 1.4 verdonpelt sich der Querschnitt des Kanals I3 mit der Tauschfläche 1.3 Dadurch halbiert sich die Strömungsgeschwindigkeit vom Eintritt 1.7 bis zum Übergang der eigentlichen Tauschfläche 1.4, so dan die Lauftmoleküle die gespeicherte Energie besser an die Tauschfläche abgeben können. Eine Verwirbelung im Kreuzstrombereich 13 wird durch die Leitbleche hervorgerufen.2. Here the air meets flat, rectangular walls 1.6, the close the Geqenstromkanal and enter openings 1.7 with the baffles 1.2 in the cross-flow area I3, A5 of the register. From the entry opening 1.7 to The cross section of the channel I3 doubles in relation to the actual exchange area 1.4 with the exchange area 1.3 This halves the flow velocity from Entry 1.7 up to the transition of the actual exchange area 1.4, then the running molecules can better transfer the stored energy to the exchange surface. A swirl in the cross-flow area 13 is caused by the baffles.

3. Im Register (Rekuperator) I4-A4 entstehen in Fluid durch die dachförmig scharf geknickten Tauschbleche 1.4 abwechseld bei der Aufprallfläche Druck und bei der Leefläche Sog. Fig. 5 I4,A4 . Hierdurch wird auf dem größten Teil der Tauschoberfläche 1.4 die Grenzschicht zerstort und ein optimaler Kontakt der Luftmoleküle zur Tauschoberfläche hergestellt. Durch diesen effekt kann das Tauschregister im Verhältnis zu hekannten Tauschern bei gleichem Wirkungsgrad oder gleicher Luftleistung kleiner dimensioniert werden.3. In the register (recuperator) I4-A4 arise in fluid through the roof-shaped sharply bent exchange plates 1.4 alternately at the impact surface pressure and at the lee area, so-called Fig. 5 I4, A4. This will cover most of the exchange surface 1.4 the boundary layer is destroyed and there is optimal contact between the air molecules and the exchange surface manufactured. Due to this effect, the exchange register can be denied in relation to Exchangers with the same efficiency or the same air capacity are dimensioned smaller will.

4. Aus dem Rekuperator kommend tritt die Luft wieder in den Kreuzstrombereich 15-A3 cin. Die Luft hat sich bis hier schon erheblich abgekilhlt. In diesem Bereich tritt die Außenluft huber die Vorkammer A2 und die Öffnungen 1.7 in den Kreuzstrombereich A3 ein, so daß auch hier das größtmögliche # t der Luftströme vorhanden ist und in diesem Teil noch wirkungsvoll vorhandene Restwärme ausgetauscht wreden kann. In diesem Bereich verengt sih der Luftaustrittsschlitz um ca. 1/3, so daß sich die St römungsgeschwindigkeit entsprechend erhöht.4. Coming out of the recuperator, the air enters the cross-flow area again 15-A3 cin. The air has cooled down considerably by here. In this area the outside air enters the cross-flow area via the antechamber A2 and the openings 1.7 A3, so that the greatest possible #t of airflows is also here and in this part still effectively existing residual heat can be exchanged. In this area the air outlet slot narrows by approx. 1/3, so that the Traffic speed increased accordingly.

5. Der Lüfter im Sammler If; fördert die LuFt her den sich verengenden Austrittsschlitz, über ein verstellbares Gitter I7, welches sich im Ruhestand sebsttttq schließt, ins Freie. Die Auswurfgeschwindigkeit wird so bemessen, daß ein Kurzschließen mit der Zuluft verhindert wird. Zur Absicherung bei ungünstigen Windverhältissen kann gegen Kurzschließe von Abluft zur Zuluft eine Kurzschlußblende Al angeordnet werden.5. The fan in the collector If; the air promotes the narrowing Exit slot, via an adjustable grille I7, which is sebsttttq in retirement closes, outdoors. The ejection speed is such that a short circuit with the supply air is prevented. For protection in unfavorable wind conditions A short-circuit screen Al can be arranged to prevent short-circuiting of the exhaust air to the supply air will.

6. Die Außenluft(kaltes Fluid) wird über das Gitter A1 in die Vorkammer A2 gesaugt. In Ruhestellung schließ sich das Gitter automatisch, um ein Auskilhlen des wä rmestauschers zu verhindern. Die weitere Luftbewengung vollziecht sich über die Stationen A3 zu A4 zu A5 zu AG zu A7 analog, wie in den vorhergehenden Ausführungen zu I3, 74, T', r, r7 beschrieben.6. The outside air (cold fluid) is drawn into the antechamber via the grille A1 A2 sucked. In the rest position, the grille closes automatically to allow it to cool down to prevent the heat exchanger. The further air movement is carried out over the stations A3 to A4 to A5 to AG to A7 in the same way as in the previous explanations described for I3, 74, T ', r, r7.

7. Um etne Vereisung des Registers im Bereich der Vorkammer A2 und des Lufteitrittsschlitzes 1.7 bei extrem niedrigen Außentemperaturen zu verhindern oder zu beseitigen, kann man eine Beimischklappe I9 anordnen.7. To etne icing up of the register in the area of the antechamber A2 and of the air entry slot 1.7 at extremely low outside temperatures or to eliminate it, you can arrange an admixing flap I9.

Der Lüfter (L) drückt je nach dem Öffnungswinkel der Klappe 19 mehr oder weniqer warme Luft in die Vorkammer A2 und beseitigt dort die Kondenswasser- oder Eisbildung. itier könnte auch ein in die Vorkammer installierte Elektroheizung oder ein Warmwasserregister Abhilte schaffen, was jedoch eine erheblich Verteuerung bedeutet. The fan (L) presses more depending on the opening angle of the flap 19 or less warm air into the pre-chamber A2 and removes the condensation water there or ice formation. itier could also have an electric heater installed in the antechamber or a hot water register can remedy this, which, however, makes it considerably more expensive means.

8. Durch Anfügung von Zu- bzw. Abluftkanälen an die Sammler A6 bzw. I6 durch die Wandungen B1 bzw.B2 ist es möglich die Zu- bzw. Abluft von der geminsamen Ein-Auslaßöffnung I1-A7 und A1-I7 an jeden beliebigen Ort zu verlegen.8. By adding supply and exhaust air ducts to collectors A6 or I6 through the walls B1 and B2, it is possible to supply and extract air from the common Inlet-outlet openings I1-A7 and A1-I7 can be relocated to any location.

L e e r s e i t eL e r s e i t e

Claims (1)

PatentansprUche 1. Als bauliche Einheit ausgebildeter Luft-Luft-Gegenstrom-Wärmetauscher (Rekuperator), als Kompaktgerät dimensioniert für direkten Einbau zwischen Räume unterschiedlicher Temperatur, z. B. in Außenwände von Gebäuden, insbesondere für Raumluftaustausch ohne zusätzliche Zu- und Abluftkanäle, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenluft (A) und die Raumluft (I) abwechselnd qeqenläufig, Fig.1 im Bereich A4, I4 durch mehrere parallel zueinander angeordnete flache Kanäle, gebildet aus scharfkantig geknickten, sechseckigen Metallflächen, Fig. 3, Fig.4 und im Kreuzstrom im Bereich der Ein- und Austrittsöffnungen A3, I1, AS, I3 durch die der tVrmeaustausch erfolgt. Claims 1. Air-air counterflow heat exchanger designed as a structural unit (Recuperator), dimensioned as a compact device for direct installation between rooms different temperature, e.g. B. in exterior walls of buildings, especially for Room air exchange without additional supply and exhaust air ducts, characterized in that that the outside air (A) and the room air (I) alternate in the same way, Fig.1 in the area A4, I4 formed by several flat channels arranged parallel to one another sharp-edged bent, hexagonal metal surfaces, Fig. 3, Fig. 4 and in a cross flow in the area of the inlet and outlet openings A3, I1, AS, I3 through which the heat exchange he follows. 2. Wärmetauscher nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Tauschflächen Fig. 3, Fig. 4 des Tauschregisters (A3, A4, A5,iI3, I4, I5) in einem sechsseitigen quaderförmigen Block mit den Seiten B1 bis B6 integriert sind, die gleichzeitig die Vorkammern fÜr die Zuluft A2, I2 und die Abluftsammler A6, I6 mit den mechanischen Lüftern enthalten.2. Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the exchange surfaces Fig. 3, Fig. 4 of the swap register (A3, A4, A5, iI3, I4, I5) in a six-sided cuboid block with the sides B1 to B6 are integrated, which at the same time the antechambers for the supply air A2, I2 and the exhaust air collector A6, I6 with the mechanical Fans included. 3. Wärmetauscher nach den vorhergehenden Ansprüchen dadurch gekennzeichnet, daß die Zu- und Abluftöffnungen sowohl raumseitig I1 und A7 im quaderformen Block nebeneinander angeornet sind, als auch die Zu- und Abluftöffnungen außenseitig Al, und I7 Im quaderförmigen Block nebeneinander angeordnet sind.3. Heat exchanger according to the preceding claims, characterized in that that the supply and exhaust air openings both on the room side I1 and A7 in a rectangular block are arranged next to each other, as well as the supply and exhaust air openings on the outside Al, and I7 are arranged next to each other in the cuboid block. 4. Wärmetauscher nach den vorhergehenden Ansprüchen dadurch gekennzeichnet, daß die Eintrittsöffnungen 1.7 zu I3 und die Austrittsöffnungen 1.8 zu I5, der Raumluft d Tauschreaisters raumseitig angeordnet sind die Eintrittsöffnungen 1.7 zu A3 und die Austrittsöffnungen 1.R zu A5 der Außenluft des Tauschregisters außenseitig angeordnet sind.4. Heat exchanger according to the preceding claims, characterized in that that the inlet openings 1.7 to I3 and the outlet openings 1.8 to I5, the room air d the exchange reaisters are arranged on the room side, the inlet openings 1.7 to A3 and the outlet openings 1.R to A5 of the outside air of the exchange register are arranged on the outside are. @. Wärmetauscher nach den vorhergehenden Ansprüchen dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand und die Stabilität zwischen den Tauschflächen 1.4 durch Metallstreifen (3) hergestellt wird. h. Wärmetauscher nach den vorhergehenden Ansprüchen dadurch gekennzeichnet, daß die Ablufteintrittsöffnung 1.7 des Wärmetauschers kleiner oder gleich groß bemessen ist, als die Abluftaustrittsöffnung 1.8 7. Wärmetauscher nach den vorhergehenden Ansprüchen dadurch gekennzeichnet, daß die Zulufteintrittsöffnung des Wärmetauschers Fig. 4 1.7 kleiner oder gleich groß bemessen ist, als die Zuluftaustrittsöffnung Fig. 4 1.8 .@. Heat exchanger according to the preceding claims, characterized in that that the distance and the stability between the exchange surfaces 1.4 by metal strips (3) is established. H. Heat exchanger according to the preceding claims thereby characterized in that the exhaust air inlet opening 1.7 of the heat exchanger is smaller or is dimensioned to be the same size as the exhaust air outlet opening 1.8 7. Heat exchanger according to the preceding claims, characterized in that the air inlet opening of the heat exchanger Fig. 4 1.7 is dimensioned smaller than or equal to the size of the inlet air outlet opening Fig. 4 1.8. 8. Wärmetauscher nach den vorhergehenden Ansprüchen dadurch gekennzeichnet, daß die seitliche Abdichtung S1 der Kanäle A3-A4-A5, I3-I4-I5 des Tauschregisters aus geschlossenporigem Kunstoff-Schaumstoffmaterial besteht, in welches die Randzonen Fig.2, 1.5 beim Zusammenbau leicht eingedrückt werden und daß dieses Material gleichzeitig die seitliche Begrenzung der Kanäle ist.8. Heat exchanger according to the preceding claims, characterized in that that the side seal S1 of the channels A3-A4-A5, I3-I4-I5 of the exchange register consists of closed-cell plastic foam material, in which the edge zones Fig.2, 1.5 are slightly pressed in during assembly and that this material at the same time the lateral boundary of the channels is.
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