DE3929004A1 - Waermetaeuscher - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wärmetauscher mit mindestens einer hohlen, im wesentlichen quaderförmigen Wärme­ tauschplatte aus Kunststoff mit im Hohlraum in Längsrichtung verlaufenden Zwischenwänden zur Bildung von Strömungskanälen für die Führung eines Wärmetauschmediums, insbesondere für Kondensationswäschetrockner.

Wärmetauscher dieser Art sind aus der DE-OS 31 29 599 bekannt. Dabei werden Wärmetauscher als Solarabsorber oder als Wärme­ absorber zur Ausnutzung von Energie aus Sonne, Luft, Boden und Wasser eingesetzt. Ein solcher Wärmetauscher besteht aus einer Stegdoppelplatte aus thermoplastischem Material und quer dazu angeordneten Verteilerprofilen, die mit der Stegdoppelplatte lose verbunden sind. Während des Wärmetauschprozesses wird im Wärmetauscher Unterdruck erzeugt, der aus dem losen Anschluß der Verteilerprofile an die Stegdoppelplatte eine selbstdich­ tende Verbindung schafft. Die aus Kunststoff hergestellten Stegdoppelplatten haben relativ schlechte Wärmeleiteigen­ schaften; die Wärmetauschfläche muß daher groß ausgebildet sein, um einen guten Wirkungsgrad der Wärmeübertragung zu erreichen. Der Raumbedarf solcher Wärmetauscher ist somit groß. Für Wäschetrockner, in denen die Wärmetauscher nur einen kleinen Raum einnehmen sollen, sind diese Wärmetauscher nicht geeignet.

Aus der DE-OS 34 02 956 sind Hohlkammerplatten aus Kunststoff für den Einsatz bei Wärmetauschern bekannt, bei denen die schlechte Wärmeleitung des Kunststoffs durch eine sehr dünne Gestaltung der Wände der Hohlkammerplatten ausgeglichen wird. Die dünnen Wandungen sind jedoch sehr empfindlich gegen Be­ schädigungen oder zu hohen Innendruck in den Hohlkammerplatten. Diese Wärmetauscher werden im wesentlichen mit flüssigen Kühl­ medien betrieben.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, einen Wärmetau­ scher gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 für Kondensations­ wäschetrockner zu schaffen, der bei gutem Wirkungsgrad der Wärmeübertragung stabil ausgebildet sein kann.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die inneren und/oder äußeren Flächen der Wärmetauschwände der Wärmetauschplatte mit Profilierungen versehen sind. Wärmetauscher für Kondensations­ wäschetrockner werden vorzugsweise mit Kühlluft betrieben, durch die die warme und feuchte Prozeßluft abgekühlt und getrocknet wird. Durch die Ausbildung von Profilierungen kann zum einen die Strömung von Prozeß- und Kühlluft beeinflußt werden, zum anderen werden die wirksamen Wärmetauschflächen vergrößert, ohne jedoch die Baugröße des Wärmetauschers zu verändern. Entsprechend gestaltete Profilierungen sorgen für Turbulenz der strömenden Wärmetauschmedien und sorgen dadurch für einen verbesserten Wärmeaustausch. Zudem ist die Wärme­ tauschplatte durch die Profilierungen zusätzlich versteift.

In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß Stege zwischen den oberen und unteren Wärmetauschwänden angebracht sind. In weiterer Ausgestaltung ist zudem vorgesehen, daß die Stege Zwischenwände bilden und ihr Querschnitt sich über die Höhe des Hohlraumes ändert, insbesondere zur Mitte der Wärme­ tauschplatte hin abnimmt. Zudem versteifen die Stege die Wärmetauschplatte, außerdem kann durch die Form der Stege Material eingespart werden, ohne daß der Wärmestrom im Steg verringert wird.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Stege sich nur über einen Teil der Höhe des Hohlraums er­ strecken.

In weiterer Ausgestaltung sind Profilierungen als Ausprägungen an den Flächen ausgebildet. Die Wandstärke der Ausprägungen ist die gleiche wie die einer Wärmetauschwand, d.h. es entstehen keine Materialanhäufungen. Dennoch werden durch diese Ausprä­ gungen die Wärmetauschwände, insbesondere die Wände der Strö­ mungskanäle versteift, zudem rufen die Ausprägungen sowohl Turbulenzen der Prozeßluft als auch der Kühlluft hervor, wo­ durch die Wärmeübertragung verbessert wird. Eine Ausprägung an einer Wärmetauschwand verändert sowohl die innere als auch die äußere Fläche der Wärmetauschwand. Dabei ergibt sich beispiels­ weise an der Außenfläche eine sickenförmige Vertiefung und korrespondierend an der Innenfläche eine sickenartige Erhöhung. Somit kann zum einen die Strömung der Prozeßluft an der Außen­ fläche und zum anderen die Strömung der Kühlluft an der Innen­ fläche beeinflußt werden. Dazu können in vorteilhaften Ausge­ staltungen die sickenförmigen Ausprägungen von den Flächen jedes Kanals quer zur Strömungsrichtung der Kühlluft mit Ab­ stand hintereinander ausgebildet sein, die Ausprägungen können von der inneren Fläche nach innen oder von der äußeren Fläche nach außen ragen oder die Ausprägungen können zick-zack-förmig über die Länge der Kanäle ausgebildet sein.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist an der Oberfläche der Wärmetauschplatte an einer quer zur Strömung der Prozeßluft liegenden Kante eine von der Oberfläche abragende längs ver­ laufende Rippe vorgesehen. Die in einem Wärmetauscher angeord­ neten Wärmetauschplatten werden innen von Kühlluft durchströmt und quer dazu an ihren Außenflächen von Prozeßluft umströmt. Durch die Rippe wird eine zusätzliche Turbulenz der Prozeßluft erreicht, zudem kann die Prozeßluft durch die Rippe umgelenkt werden. Zusätzlich zur Verwirbelung der Prozeßluft kann eine Schrägstellung der Wärmetauschplatte mit einer solchen Rippe ablaufendes Kondensat der Prozeßluft durch die Rippe auffangen und abführen. Eine direkte Kondensatabführung an jeder Wärme­ tauschplatte erhöht den Wirkungsgrad der Trocknung, da mitge­ rissenes Kondensat zu einer Rückfeuchtung der Prozeßluft führen kann.

Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den Unteransprü­ chen und der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispie­ len anhand der Zeichnungen. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbei­ spiels einer Wärmetauschplatte, bei der die Wärme­ tauschflächen der Kanäle mit nach innen ragenden Ausprägungen, die quer zur Strömungsrichtung der Kühlluft hintereinander angeordnet sind, versehen sind,

Fig. 2 eine Draufsicht auf eine Fläche eines Strömungskanals mit quer angeordneten Ausprägungen,

Fig. 3 eine Draufsicht auf eine Fläche eines Kanals mit alternierend längs und quer angeordneten Aus­ prägungen,

Fig. 4 eine Draufsicht auf eine Fläche eines Kanals mit einer zickzackförmigen Ausprägung sowie in den Zacken ausgebildeten V-förmigen Ausprägungen,

Fig. 5 einen Längsschnitt durch einen Kanal gemäß der Fig. 1 mit nach innen ragenden Stegen,

Fig. 6 einen Querschnitt durch eine Wärmetauschplatte mit einer strömungsgünstig gerundeten Flanke sowie Stegen mit unterschiedlichen geometrischen Quer­ schnitten,

Fig. 7 einen Querschnitt einer Wärmetauschplatte, bei der an der Oberfläche der Wärmetauschplatte eine quer zur Strömung der Prozeßluft verlaufende Rippe vorgesehen ist,

Fig. 8 den Querschnitt einer Wärmetauschplatte gemäß Fig. 7, die zum Auffangen von Kondensat geneigt ist und

Fig. 9 eine perspektivische Ansicht eines Wärmetauschers mit Wärmetauschplatten, die im Gehäuse des Wärme­ tauschers gelagert sind.

Wärmetauscher für Kondensationswäschetrockner werden in der Re­ gel aus Metall, beispielsweise aus Aluminium, hergestellt. Die Verwendung von Kunststoff zur Herstellung solcher Wärmetauscher ist nicht bekannt. Die aufgeheizte und durch die Wäschestücke feuchte Prozeßluft umströmt die Wärmetauschelemente quer zur Strömungsrichtung der in den Wärmetauschelementen geführten Kühlluft, wird abgekühlt, wobei der in der Prozeßluft enthalte­ ne Dampf kondensiert. Dadurch verringert sich der Feuchtegehalt der Prozeßluft, die wieder aufgeheizt und den Wäschestücken erneut zugeführt werden kann. Durch die Verwendung von Wärme­ tauschplatten aus Kunststoff ergeben sich vielfältige Gestal­ tungsmöglichkeiten, insbesondere im Hinblick auf die Verbesse­ rung wärme- und stoffübertragender Eigenschaften der Wärmeaus­ tauschflächen. Diese Wärmetauschplatten können in einem konti­ nuierlichen Herstellungsprozeß aus Kunststoff extrudiert werden, wodurch die Kosten zur Herstellung von Wärmetauschern gesenkt werden.

Fig. 9 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Wärmetauschers für Kondensationswäschetrockner, bei dem drei übereinander angeord­ nete Lagen von Wärmetauschplatten (1) in einem Gehäuse (19) ge­ halten sind, wobei in einer horizontalen Lage je drei Wärme­ tauschplatten (1) mit Abstand hintereinander angeordnet sind. Die Prozeßluft strömt gemäß der Pfeile (17) in Längsrichtung des Gehäuses (19) durch den Wärmetauscher, wobei sie die Wärme­ tauschplatten (1) umströmt. Am Ende des Gehäuses (19) verläßt die Prozeßluft den Wärmetauscher. Die quer zur Strömung der Prozeßluft angeordneten Wärmetauschplatten (1) sind an nicht dargestellten Führungskanäle für die Kühlluft angeschlossen und werden gemäß der Pfeile (18) von der Kühlluft durchströmt. An den Wärmetauschflächen der Wärmetauschplatten (1), die von Kühlluft durchströmt werden, kühlt sich die Prozeßluft ab und bildet Kondensat, das aufgefangen und abgeleitet wird.

Fig. 1 zeigt eine aus Kunststoff extrudierte Wärmetauschplatte (1), die in Strömungsrichtung des Kühlmediums hohl ausgebildet ist und in Strömungsrichtung verlaufende Stege (2), die obere und untere Wärmetauschwände (3, 4) verbinden, aufweist. Die Wärmetauschwände (3, 4) weisen jeweils äußere Flächen (3a, 4a) und innere Flächen (3b, 4b) auf. Die Stege (2) dienen zum einen zur Bildung von Kanälen (5) für die Führung der Kühlluft, zum anderen versteifen sie die Plattenkonstruktion. Die Wärme­ tauschplatte (1) besitzt im wesentlichen eine Quaderform, durch die zwischen den Wärmetauschwänden (3, 4) gezogenen Stege (2) entstehen Kanäle (5) mit rechteckigem Querschnitt. Jeder Kanal (5) besitzt an jeder Wärmetauschwand (3, 4) zwei obere (3a bzw. 3b) und zwei untere Flächen (4a bzw. 4b), an der der Wärmeüber­ gang zwischen Prozeßluft und Kühlluft stattfindet. Bei dem Aus­ führungsbeispiel in Fig. 1 sind obere und untere Wärmetausch­ wände (3, 4) der Kanäle (5) mit nach innen ragenden Ausprä­ gungen (6) versehen, die über einen Großteil der Breite eines Kanals (5) ausgebildet sind und in Längsrichtung der Kanäle (5) mit Abstand hintereinander angeordnet sind.

Aus Fig. 5 ist zu erkennen, daß die Ausprägungen (6) in die an sich glatten Wärmetauschwände (3, 4) hineingedrückt sind und somit in etwa die gleiche Wandstärke aufweisen wie der glatte Bereich der Wärmetauschwände (3, 4). Eine solche Strukturierung der Wärmetauschwände (3, 4) vergrößert zum einen die Flächen (3a, 3b, 4a, 4b) für einen Wärmeaustausch, zum anderen wird die Strömung von Kühlluft und Prozeßluft vorteilhaft beeinflußt und schließlich wird die Steifigkeit der Anordnung erhöht.

Die Ausbildung dieser Ausprägungen (6) in den Wärmetausch­ platten (1) ist in einfacher Weise während des Extrudiervor­ gangs zur Herstellung der Wärmetauschplatten (1) möglich. Es können beispielsweise Masken mit der Negativform der Ausprä­ gungen (6) während des Extrudierprozesses eingefügt werden, durch Beaufschlagung der Masken mit Unterdruck wird der warme, verformbare Kunststoff in die Vertiefungen der Masken gesaugt. Es ist auch möglich, die Ausprägungen (6) von der Außenseite der Wärmetauschplatte (1) her einzudrücken, indem von außen angelegte Formen mit entsprechend den Ausprägungen (6) ange­ ordnete Öffnungen mit Druck beaufschlagt werden.

Fig. 2 läßt erkennen, daß die Ausprägungen (6) an der Fläche (3a) der Wärmetauschwand (3) eines Kanals (5) quer zur Längs­ richtung des Kanals (5) ausgebildet sind und in Längsrichtung des Kanals (5) parallel hintereinander mit einem Abstand, der in etwa der Länge einer Ausprägung (6) entspricht, voneinander angeordnet sind. Die Ausprägungen (6) sind mit weichen Run­ dungen versehen, da zum einen scharfe Kanten Strömungsabrisse verursachen, und zum anderen diese weichen Formen einfacher herzustellen sind.

In Fig. 3 sind die Ausprägungen (6) der Fläche (3a) der Wärme­ tauschwand (3) eines Kanals (5) zum einen als quer zur Längs­ richtung des Kanals (5) ausgebildete Ausprägungen (6) wie in Fig. 2 vorgesehen, zwischen je zwei solcher Ausprägungen (6) sind jedoch drei nebeneinander angeordnete, in Strömungsrich­ tung der Kanäle (5) ausgebildete Ausprägungen (7) eingebettet. Diese Anordnungen von Ausprägungen (6, 7) können jeweils auf oberen und unteren Flächen (3a, 3b, 4a, 4b) der Wärmetausch­ wände (3, 4) eines Kanals (5) vorgesehen sein. Die hier be­ schriebenen Anordnungen sind nur ein Auszug einer Vielzahl von möglichen Profilen, Anzahl und Anordnung der Ausprägungen bestimmen sich aus den strömungstechnischen und thermischen Randbedingungen der zu lösenden Aufgabe.

Ein weiteres Beispiel für die Anordnung von Profilierungen zeigt Fig. 4, in der eine zickzackförmige Ausprägung (9) symme­ trisch zur Mittellängsachse des Kanals (5) zur Innenseite des Kanals (5) hin ausgeprägt ist. Zusätzlich zur Zickzackausprä­ gung (9) sind V-förmige Ausprägungen (8) in den jeweiligen Eck­ bereichen der Zickzackausprägung (9) ausgeprägt.

Die Ausprägungen (6, 7, 8, 9) der Fig. 2, 3, 4 sind sicken­ förmig in die Flächen (3a) der Wärmetauschplatte (1) eingebettet.

In Fig. 6 ist eine Wärmetauschplatte (1) gezeigt, die mit einer strömungstechnisch günstigen abgerundeten Flanke (10) versehen ist. Diese Flanke (10) ist auf der Seite der Wärmetauschplatte (1) angebracht, die gegen die einströmende Prozeßluft gerichtet ist. Die Prozeßluft kann so strömungsgünstig um die Wärmetausch­ platte (1) herumströmen. Der Wirkungsgrad des Trocknungsprozes­ ses wird sowohl durch die Vergrößerung der Anströmflächen als auch durch die Optimierung der Strömung der Wärmetauschmedien verbessert.

Die Fig. 6 stellt weiterhin auch unterschiedliche Formen von Stegen (11, 12, 13, 14, 15) zur Versteifung der Wärmetausch­ platte (1) dar. Dabei können sich zur Mitte hin verengende bikonkave (14) oder dreieckige (12, 13) Querschnitte zum Ein­ satz kommen, die bei vorgegebenem Wärmestrom einen minimierten Werkstoffaufwand haben. Der Abstand der Stege zueinander muß dabei nicht notwendigerweise über die gesamte Breite der Wärme­ tauschplatte (1) konstant sein, da sich die Abstände aus den Wärme- und Stoffübergangsverhältnissen auf der Außenseite bestimmen. Zudem kann vorgesehen sein, daß Stege nicht durch­ gehend die obere Fläche der Wärmetauschplatte (1) mit der unteren (4b) verbinden, sondern daß diese als einander gegen­ überliegende Stege (11, 15) mit beispielsweise quadratischem, rechteckigem (11) oder trapezförmigem (15) Querschnitt in Längsrichtung der Kanäle (5) nur über einen Teil des Hohlraumes ausgebildet sind. Dadurch wird beispielsweise ein Kanal (5) verbreitert, gleichzeitig sorgen die Stege (11, 15) jedoch noch für eine ausreichende Führung der Kühlluft. Es können sich erhebliche Materialeinsparungen ergeben, die das Gewicht einer Wärmetauschplatte (1) verringern.

Fig. 7 zeigt eine Wärmetauschplatte (1), bei der beispielsweise während des Extrudiervorgangs entlang einer Kante (20) an der oberen Fläche (3a) der Wärmetauschplatte (1) der im wesent­ lichen quaderförmigen Wärmetauschplatte (1) eine Rippe (16) angeformt wurde. Diese Rippe (16) ist insbesondere bei geneig­ ten Wärmetauschplatten (1) von Vorteil. Ein Wärmetauscher be­ steht entsprechend Fig. 9 aus einem Verbund übereinander ange­ ordneter Wärmetauschplatten (1), bei denen beispielsweise eine solche Rippe (16) die anströmende Prozeßluft (17) kurz vor dem Austritt umlenken kann, um sie beispielsweise an der darüber­ liegenden Wärmetauschplatte (1) vorbeiströmen zu lassen. Da­ durch kann zusätzlich zur Fläche (3a) einer Wärmetauschplatte (1) die untere Fläche (4a) einer darüberliegenden Wärmetausch­ platte (1) bei einer Anordnung ähnlich Fig. 9 angeströmt werden. Diese zusätzlichen Anströmflächen können den Wirkungs­ grad der Trocknung weiter verbessern. Zudem kann diese Rippe (16), wie es in Fig. 8 dargestellt ist, bei geneigter Wärme­ tauschplatte (1) anfallendes Kondensat sammeln und abführen, so daß es beispielsweise nicht in den Bereich der Prozeßluft der darunterliegenden Wärmetauschplatten (1) gelangt.

Claims (12)

1. Wärmetauscher mit mindestens einer hohlen, im wesent­ lichen quaderförmigen Wärmetauschplatte aus Kunststoff mit im Hohlraum in Längsrichtung verlaufenden Zwischenwänden zur Bildung von Strömungskanälen zur Führung eines Wärmetausch­ mediums, insbesondere für Kondensationswäschetrockner, dadurch gekennzeichnet, daß die inneren und/oder äußeren Flächen (3b, 4b, 3a, 4a) der Wärmetauschwände (3, 4) der Wärmetauschplatte (1) mit Profilierungen (6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16) versehen sind.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Profilierungen als Stege (11, 12, 13, 14, 15) zwischen den oberen und unteren Wärmetauschwänden (3, 4) ausgebildet sind.

3. Wärmetauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege (12, 13, 14) die Zwischenwände bilden und ihr Querschnitt sich über die Höhe ändert, insbesondere zur Mitte der Wärmetauschplatte (1) hin abnimmt.

4. Wärmetauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege (11, 15) sich nur über einen Teil der Höhe des Hohlraums erstrecken.

5. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Profilierungen (6) als Ausprägungen (6, 7, 8, 9) an den Flächen (3a, 3b, 4a, 4b) ausgebildet sind.

6. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausprägungen (6) an den Flächen (3a, 3b, 4a, 4b) jedes Kanals (5) quer zur Strömungsrichtung der Kühlluft mit Abstand hintereinander angeordnet sind.

7. Wärmetauscher nach Anspruch 1, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausprägungen (6, 7, 8, 9) von der inneren Fläche (3b, 4b) nach innen ragen.

8. Wärmetauscher nach Anspruch 1, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausprägungen (6, 7, 8, 9) von der äußeren Fläche (3a, 4a) nach außen ragen.

9. Wärmetauscher nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausprägungen (9) zick­ zackförmig über die Länge der Kanäle (5) ausgebildet sind.

10. Wärmetauscher nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß über die Länge eines Kanals (5) an den Flächen (3a, 3b, 4a, 4b) des Kanals (5) parallel nebeneinander angeordnete längsgerichtete Ausprägungen (7) alternierend mit mindestens einer Ausprägung (6) ausgebildet sind.

11. Wärmetauscher nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10 mit außen von Prozeßluft umströmten und innen von Kühl­ luft durchströmten Wärmetauschplatten, dadurch gekennzeichnet, daß an der Oberfläche der Wärmetauschplatte (1) an einer quer zur Strömung der Prozeßluft liegenden Kante (20) eine von der Oberfläche (3a) abragende längsverlaufende Rippe (16) vorge­ sehen ist.

12. Wärmetauscher nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippe (16) senkrecht abragt.