DE4241984A1

DE4241984A1 - Regenerativer Wärmetauscher für gasförmige Medien, insbesondere Luftwärmetauscher für die Raumbelüftung von Gebäuden

Info

Publication number: DE4241984A1
Application number: DE4241984A
Authority: DE
Inventors: Oleg Stolz
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1992-12-12
Filing date: 1992-12-12
Publication date: 1994-06-16
Also published as: AU5626994A; WO1994014015A1; CN1091202A

Description

Die Erfindung betrifft einen regenerativen Wärmetauscher für gasförmige Medien, insbesondere einen Luftwärmetauscher für die Raumbelüftung von Gebäuden, mit einer in wechselnder Folge von dem wärmeabgebenden und dem wärmeaufnehmenden gasförmigen Medium durchströmten Wärmespeichervorrichtung.

Der erfindungsgemäße regenerative Wärmetauscher ist bevor zugt für die Raumbelüftung bzw. die Raumklimatisierung von Gebäuden bestimmt und wird im folgenden im Zusammenhang mit diesem Verwendungszweck näher erläutert. Es versteht sich aber, daß er einen breiteren Verwendungsbereich hat und grundsätzlich für den Wärmetausch zwischen wärmeabgebenden und wärmeaufnehmenden gasförmigen Medien verwendbar ist, z. B. zur Wärmerückgewinnung aus Abluft oder aus Abgasen, bei spielsweise von Beheizungssystemen, bei Gasturbinen u. dgl.

Die Belüftung von beheizbaren Gebäuderäumen erfolgt in wei tem Umfang noch durch Öffnen der Fenster oder auch mittels Ventilatoren, die die verbrauchte Raumluft ins Freie beför dern oder Frischluft von außen ansaugen. Die hiermit ver bundenen Wärmeverluste sind beträchtlich (ca. 2000 kWh Pri märenergie je Kopf und Jahr). Zentrale Klimaanlagen, die zu meist nur in Großgebäuden anzutreffen sind, verwenden für den Wärmetausch zwischen Zu- und Abluft Wärmetauscher, u. a. auch regenerative Wärmetauscher, die allerdings mit Wir kungsgraden bis etwa 70% arbeiten. Auch kleinere Lüftungs geräte, die für die Raumbelüftung bzw. die Raumklimatisie rung im Wohnbereich bestimmt sind, ermöglichen nur eine Wärmerückgewinnung in der Größenordnung von etwa 45%.

Je niedriger der Wirkungsgrad einer Raumbelüftung mit Wärme rückgewinnung aus der Abluft ist, um so leichter ist der durch die Wärmerückgewinnung erreichte Gewinn durch eine Überlüftung vertan. Normalerweise werden daher die mit Wärme rückgewinnung arbeitenden Klimaanlagen mit einer aufwendigen Sensorik und Regelung ausgestattet. Die dadurch häufig zu verzeichnende verminderte Luftqualität führt vielfach dazu, daß durch zusätzliches Fensteröffnen der Frischluftbedarf gedeckt wird. Bei zentralen Systemen wird außerdem ein sehr hoher Energieanteil für die reine Luftventilation benötigt. Systemdruckverluste von 1000 bis 2000 Pa sind keine Sel tenheit.

Aufgabe der Erfindung ist es vor allem, einen regenerativen Wärmetauscher zu schaffen, der sich mit besonderem Vorteil als Frischluftwärmetauscher für die Raumbelüftung bzw. die Raumklimatisierung einsetzen läßt und der sich mit ver gleichsweise niedrigem Bauaufwand auch als Kleingerät aus führen läßt, dabei aber mit einem gegenüber vergleichbaren Geräten erheblichen höherem Wirkungsgrad arbeiten kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Wärmespeichervorrichtung aus einem mehrschichtigen netzar tigen Gebilde besteht. Vorzugsweise weist das netzartige Ge bilde eine Gewebestruktur auf, obwohl auch eine Gitterstruk tur möglich ist. Das netzartige Gebilde ist in bevorzugter Ausführung aus Kunststoff, z. B. Polyäthylen, gefertigt.

Nach der Erfindung wird für den regenerativen Wärmetauscher als wärmeaufnehmende und wärmespeichernde Vorrichtung ein netzartiges Gebilde, vorzugsweise aus einem dünnen Gewebe material verwendet, das vergleichbar den für Fliegengittern verwendeten Geweben ausgeführt sein kann oder aus einem sol chen Gewebematerial bestehen kann. Dieses dünne Gewebe bzw. Netzmaterial wird, in Durchströmrichtung der Luft gesehen, in mehreren Lagen bzw. Schichten zu dem die Wärmespeicher vorrichtung bildenden netzartigen Gebilde zusammengestellt und weist dabei eine für den Wärmetausch ausreichend große Wärmeaufnahmefähigkeit auf. Das einen Schichtkörper bilden de Gewebe- bzw. Gittermaterial stellt ein preiswertes und leicht zu verarbeitendes Material dar, das den Aufbau eines Wärmetauschers mit vergleichsweise Bauabmessungen in Durch strömrichtung und kleinem Baugewicht ermöglicht, im Bedarfs fall auch leicht gereinigt werden kann.

Mit der Verwendung des vorgenannten wärmeaufnehmenden und -speichernden Strukturmaterials in einer mehr oder weniger großen Anzahl an, in Durchströmrichtung des Gases bzw. der Luft, hintereinander angeordneten Schichten läßt sich ein hocheffizienter regenerativer Wärmetauscher mit einem ho hen Wirkungsgrad schaffen, der ohne weiteres auch über 90% liegen kann. Als vorteilhaft erweist sich neben den hohen Wärmeübergangszahlen und der relativ großen Wärmekapazität des in einer Mehrzahl von übereinanderliegenden Schichten aufgebauten netzartigen Gebildes dessen geringe Wärmeleit fähigkeit in Durchströmrichtung. Eine hohe Wärmeleitfähig keit in Durchströmrichtung würde den möglichen Wärmeaustausch grad infolge eines Temperaturausgleiches des Temperatur gefälles zwischen den einzelnen Schichten negativ beein flussen. Die geringe Wärmeleitfähigkeit in Durchströmrich tung ist besonders wichtig bei Wärmetauschern mit kleiner Durchströmlänge und gleichzeitig geringer Strömungsge schwindigkeit. Die für den hohen Wirkungsgrad vorteilhafte geringe Leitfähigkeit des mehrschichtigen netzartigen Gebil des in Durchströmrichtung ergibt sich einerseits aus seiner Herstellung aus Kunststoffmaterial, andererseits aber auch dadurch, daß, wenn die einzelnen Schichten bzw. Lagen un mittelbar aufeinanderliegen, im wesentlichen nur punktför migen Berührungen zwischen den Schichten des Gewebe- bzw. Gittermaterials vorhanden sind. Andererseits besteht aber auch die Möglichkeit, die einzelnen Schichten des als Wärme speichervorrichtung verwendeten netzartigen Gebildes durch zwischen ihnen angeordnete Distanzelemente gegeneinander zu distanzieren. Die zumindest weitgehende Ausschaltung der Wärmeleitfähigkeit in Durchströmrichtung der Luft ist vor allem bei im Gegenstrom betriebenen Wärmeaustauschern mit kleinen Bauabmessungen in Durchströmrichtung im Hinblick auf den hohen Wirkungsgrad angezeigt. Die schlechte Wärme leitfähigkeit des aus Kunststoff bestehenden Gewebe- bzw. Gittermaterials spielt für die Aufnahme und die Speicherung der Wärme wegen der vergleichsweise kleinen Drahtdicken des netzartigen Gebildes nahezu keine Rolle mehr.

Es versteht sich, daß die Anzahl der Lagen bzw. Schichten des als Wärmespeichervorrichtung verwendeten netzartigen Ge bildes je nach der Beschaffenheit des Gewebe- bzw. Gitterma terials (Stärke der hierfür verwendeten Drähte und Ma schenweite) und je nach den Einsatzbedingungen unterschiedlich sein kann. Sie bestimmt sich nach der Beziehung

Für den erfindungsgemäßen Wärmetauscher bzw. dessen die Wär mespeichervorrichtung bildenden netzartigen Gebildes wird zweckmäßig ein dünnes und flexibles Gewebe (oder Gittermate rial) verwendet, das insbesondere bei einem Wärmetauscher für die Raumbelüftung aus dünnen Drähten mit einer Draht stärke von etwa 0,15 bis 0,3 mm hergestellt ist und dessen lichte quadratische Maschenweite vorzugsweise bei 0,5 mm bis 1,4 mm liegt. Ebenso wie die Anzahl der Schichten des netz artigen Gebildes können aber auch die Maschenweite und die Drahtstärke in verhältnismäßig weiten Bereichen variieren. Ein günstiges Verhältnis von lichter Maschenweite zur Draht stärke liegt im Bereich 3 bis 6.

Die einzelnen Schichten bzw. Lagen des als Wärmetauscher ver wendeten netzartigen Gebildes können dadurch gebildet werden, daß einzelne Gewebe- bzw. Gitterzuschnitte in der gewünschten Anzahl schichtweise aufeinandergelegt werden. In fertigungs technischer Hinsicht vorteilhafter ist es aber im allgemei nen, wenn das netzartige Gebilde aus einem dünnen, flexiblen Gewebe- oder Gitterwand hergestellt wird, das zur Schichtbildung zick zackförmig gefaltet wird. Besonders vorteilhaft ist eine Anordnung, bei der das dünne, flexible Gewebeband (oder Git terband) mit der gewünschten Anzahl an Wickellagen zu einem Wickelkörper gewickelt wird.

Der erfindungsgemäße regenerative Wärmetauscher kann, wie erwähnt, mit besonderem Vorteil als Frischluft-Wärmetauscher für die Raumbelüftung bzw. für die Raumklimatisierung verwen det werden, wobei er sich als ein leichtbauendes Kleingerät für die Einzelraumbelüftung bzw. die Einzelraumklimatisie rung ausbilden läßt. Er kann hierbei in einem Fenster des Raumes oder aber in einer Öffnung der Gebäudeaußenwand ein gebaut werden. Aufgrund des hohen Wirkungsgrades kann die in der Abluft enthaltene, an dem netzartigen Gebilde bei Durchströmung auskondensierende Feuchtigkeit der im Gegen strom zugeführten Frischluft direkt zugeführt werden, so daß auch bei kälteren Außentemperaturen die Frischluft nahezu mit der Temperatur und der Luftfeuchte der Raumluft in den Raum gelangt. Außerdem kann mit dem erfindungsgemäßen Wärme tauscher ohne weiteres auch mit Frischluft aktiv gekühlt werden, wenn man die Abluft bei Eintritt in das Wärmetau schergerät bis etwa zur Kühlgrenze befeuchtet und anschließend durch den Wärmetauscher strömen läßt. Die Frischluft gelangt dann nahezu mit der dem Raumluftzustand entsprechen den Kühlgrenztemperatur in den Raum, ohne jedoch zusätzliche Feuchtigkeit aufgenommen zu haben.

Der erfindungsgemäße regenerativer Wärmetauscher, der bevor zugt im Gegenstrom der wärmeabgebenden und wärmeaufnehmenden Luft (oder eines sonstigen gasförmigen Mediums) arbeitet, läßt sich unter Verwendung des mehrschichtigen netzartigen Gebildes in unterschiedlicher Weise ausgestalten, z. B. in einfacher Weise als Gegenstrom-Wärmetauscher mit fest ein gebautem netzartigen Gebilde, das durch Umschaltung alter nierend von der Abluft und der Zuluft durchströmt wird. In diesem Fall muß mit paarweise gegenläufig arbeitenden Wärme tauschern gearbeitet werden.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltungsform der Er findung ist das mehrschichtige netzartige Gebilde am Unfang eines, vorzugsweise zylindrischen, Drehkörpers angeordnet, dessen Innenraum durch eine Trennwand in Gegenstromkam mern für die Durchströmung des wärmeabgebenden und des wär meaufnehmenden gasförmigen Mediums (Ab- und Zuluft) im Ge genstrom unterteilt ist, wobei die Trennwand zweckmäßig ge genüber dem rotierenden Drehkörper feststehend angeordnet ist und der Drehkörper einen, vorzugsweise von einem Stütz gitter o. dgl. gebildeten gasdurchlässigen Mantel als Träger für das netzartige Gebilde aufweist. Dabei empfiehlt es sich, das flexible Gewebe- oder Gittermaterial mit der ge wünschten Anzahl an Wickellagen auf den Drehkörpermantel aufzuwickeln. Der antreibbare Drehkörper mit dem an seinem Mantel angeordneten mehrschichtigen netzartigen Gebilde (Wickelkörper) weist bei kleinen Bauabmessungen in Durch strömrichtung und kleinem Baugewicht eine vergleichsweise große Wärmespeicherkapazität auf und kann aufgrund des ver gleichsweise kleinen Luft-Durchströmwiderstandes mit kleinen Ventilatorleistungen betrieben werden, so daß der Ener gieaufwand für die Förderung von Ab- und Zuluft vergleichs weise gering ist. Er läßt sich in Gebäuderäumen problemlos unterbringen, insbesondere, wie erwähnt, in einem Fenster oder in einer Außenwandöffnung.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsmerkmale des als rotie render Drehkörper ausgebildeten Wärmetauschers sind in den einzelnen Ansprüchen angegeben.

Die Erfindung wird nachfolgend im Zusammenhang mit dem in der Zeichnung gezeigten bevorzugten Ausführungsbeispiel nä her erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 einen erfindungsgemäßen regenerativen Wärmetauscher im Anbauzustand an einem Fenster, einer Gebäudeaußenwand o. dgl. im Schnitt;

Fig. 2 den Wärmetauscher nach Fig. 1 in einer Ansicht von der Raumseite her in Richtung des Pfeiles 11 der Fig. 1;

Fig. 3 den Wärmetauscher nach den Fig. 1 und 2 in per spektivischer Darstellung, teilweise aufgebrochen;

Fig. 4 in starker Vergrößerung und im Teilschnitt die aus mehreren Lagen bestehende Wärmespeichervorrichtung nach der Erfindung;

Fig. 5 eine Draufsicht in Richtung des Pfeiles V der Fig. 4.

Der dargestellte regenerative Wärmetauscher 1 bildet einen Frischluftwärmetauscher für die Belüftung bzw. Klimatisierung eines Raumes innerhalb eines Gebäudes. Er ist mittels einer Montageplatte 2 an der Rauminnenseite vor einer Öffnung 3 eines Fensters 4 angebaut. Statt dessen kann der Wärmetau scher 1 aber auch an oder in der Öffnung einer Gebäude-Außen wand eingebaut sein.

Der Wärmetauscher 1 weist einen zylindrischen Drehkörper 5 auf. Dieser besteht aus einem zylindrischen Mantel 6, der mit einer Vielzahl von Durchbrechungen für den Durchtritt der Zu- und Abluft versehen ist und zweckmäßig aus einem den Wärmeaustauschkörper tragenden Stützgitter o. dgl. besteht. Mit dem Mantel 6 fest verbunden ist eine Stirnplatte 7, die den Drehkörper 5 raumseitig, d. h. auf der der Montageplatte 2 gegenüberliegenden Seite seines Mantels 6 schließt.

Im Inneren des Drehkörpers 5 befindet sich eine an der Mon tageplatte 2 fest angeordnete Trennwand 8, die, wie die Fig. 2 und 3 zeigen, den Drehkörper 5 in Durchmesserrichtung durchsetzt und den Innenraum des Drehkörpers 5 in zwei ge geneinander abgedichtete Gegenstromkammern 9 und 10 unter teilt. Die gegenüber dem um seine Achse rotierenden Drehkör per 5 feststehende Trennwand 8 ist gegenüber der Stirnwand 7 des Drehkörpers mittels einer nachgiebigen Dichtung 11 ab gedichtet. Diese besteht in dem gezeigten Ausführungsbei spiel aus einem an der betreffenden Längskante der Trennwand 8 angeordneten elastischen Dichtstreifen, der sich dichtend gegen die Innenseite der Stirnplatte 7 anlegt. Die Trennwand 8 weist außerdem an ihren beiden parallelen Schmalseiten je weils ein Dichtelement 12 (Fig. 2 und 3) auf, das die Dich tung der Trennwand gegenüber der zylindrischen Innenfläche des Mantels 6 herstellt und im gezeigten Ausführungsbeispiel ebenfalls aus einem an der Trennwand befestigten flexiblen Dichtstreifen besteht. Anstelle der flexiblen Dichtstreifen können aber auch zur Abdichtung der Trennwand gegenüber dem Drehkörper andere Dichtelemente vorgesehen werden.

Der Mantel 6 des Drehkörpers 5 ist an der der Stirnplatte 7 gegenüberliegenden Seite über eine rundumlaufende Dichtung 13 gegenüber der Montageplatte 2 abgedichtet, wobei auch diese Dichtung 13 aus einem ringförmigen elastischen Dich tungsstreifen oder einer sonstigen Gleitringdichtung beste hen kann. Wesentlich ist, daß die beiden Gegenstromräume 9 und 10 im Inneren des Drehkörpers 5 sowohl gegeneinander als auch am Mantelumfang gegenüber der Montageplatte 2 abgedich tet sind.

Der Drehkörper 5 ist mit seiner Stirnplatte 7 mittig auf einer an der Montageplatte 2 angeordneten Drehachse 14 abge stützt, die, wie Fig. 1 zeigt, die geschlossene Trennwand 8 und eine in der Mitte der Stirnplatte 7 angeordnete Öff nung durchgreift. Die Lagesicherung des Drehkörpers 5 gegen über der Montageplatte 2 und der Trennwand 8 erfolgt mit Hilfe eines Sicherungsorgans 15 an der Durchführung der Drehachse 14 durch die Stirnplatte 7. Dieses Sicherungsorgan 15 kann aus einer einfachen Mutter, z. B. einer Rändelmutter, bestehen, die auf das Gewindeende der Drehachse 14 aufge dreht ist. Die Drehachse 14 kann an der Montageplatte 2 drehbar gelagert sein und bildet in diesem Fall eine mit den Drehkörper 5 bzw. dessen Stirnplatte 7 drehschlüssig verbun dene Welle. Sie kann aber auch an der Montageplatte 2 fest angeordnet sein, so daß der Drehkörper 5 auf dem freien Ende der Drehachse 14 mittels eines Drehlagers, z. B. eines Gleit lagers, drehbar gelagert ist. Bei gelöstem Sicherungsorgan 15 kann der gesamte Drehkörper 5 von der Trennwand 8 und der Montageplatte 2 zur Rauminnenseite hin abgezogen werden, um z. B. die am Drehkörpermantel angeordnete Wärmespeichervor richtung zu reinigen.

An der Montageplatte 2 sind in Umfangsrichtung verteilt meh rere Laufrollen 16, im gezeigten Ausführungsbeispiel (Fig. 2) vier Laufrollen 16 an Laufrollenhaltern 17 gelagert, die sich auf der Innenfläche des zylindrischen Drehkörpermantels 6 abwälzen und damit den Drehkörper 5 auf der Seite der Mon tageplatte drehbar abstützen und lagern. Die Laufrollen 16 bestehen vorzugsweise aus einem Gummi- oder Kunststoff material oder sind an ihrem Umfang mit einem solchen Mate rial belegt. Eine dieser Laufrollen 16 ist mit Hilfe eines kleinen elektrischen Antriebsmotors 18 antreibbar. Sie bil det die Triebrolle für einen Reibradantrieb. Mit Hilfe die ses Reibradantriebs läßt sich der Drehkörper 5 gegenüber der Montageplatte 2 und der Trennwand 8 um seine Achse drehen. Der Antriebsmotor 18 ist wie die Laufrollen 16 im Inneren des Drehkörpers 5 angeordnet.

Die Montageplatte 2 weist zu beiden Seiten der Trennwand 8 eine Öffnung 19 bzw. 20 auf. Die Öffnungen 19 und 20 liegen innerhalb der Öffnung 3 der Fensterscheibe 4 oder innerhalb der den Wärmetauscher 1 aufnehmenden Gebäudewandöffnung. An oder in jeder Öffnung befindet sich ein Ventilator 21, der von einem kleinen Elektromotor 22 angetrieben wird. Die Ventilatoren 21 mit ihrem Elektromotor 22 sind jeweils an einer Konsole 23 angeordnet, die im Inneren des Drehkörpers 5 an der Trennwand 8 befestigt ist.

Auf dem zylindrischen, als Stützgitter o. dgl. ausgebildeten Mantel 6 befindet sich die Wärmespeichervorrichtung des Wär metauschers, die aus einem mehrschichtigen netzartigen Ge bilde 24 besteht. Das netzartige Gebilde 24 weist eine Ge webestruktur auf, d. h. es besteht aus einem dünnen, flexi blen Gewebeelementen, die in mehreren übereinanderliegenden Lagen auf dem Stützgitter des Drehkörpermantels angeordnet sind. Wie die Fig. 4 und 5 zur Verdeutlichung übertrieben groß zeigen, besteht das dünne Gewebematerial aus längs- und querverlaufenden, miteinander verwebten dünnen Drähten 25 bzw. 26 aus Kunststoff, z. B. Polyäthylen oder Polyamid o. dgl. Fig. 4 zeigt zur Vereinfachung lediglich vier aufein anderliegende Lagen A bis D, die jeweils aus einem dün nen Gewebeelement bestehen. Das mehrschichtige netzartige Gebilde 24 besteht vorteilhafterweise aus einem auf den Man tel 6 des Drehkörpers 5 mit der gewünschten Anzahl an Wickel lagen aufgewickelten dünnen Gewebeband, dessen Breite etwa der Breite des zylindrischen Drehkörpers 5 entspricht. Das dünne, flexible Gewebeband wird also nach Art einer Bandage mit einer für den Festsitz ausreichenden Spannung und mit der gewünschten Anzahl an Wickellagen auf den Mantel 6 des Drehkörpers 5 aufgewickelt und an diesem in geeigneter Weise fixiert. Fig. 4 läßt erkennen, daß die sich überdeckenden Schichten bzw. Wickellagen A, B, C usw. im wesentlichen nur mit punkt- bzw. linienförmiger Berührung ihrer dünnen Drahte lemente 26 aufeinanderliegen. An den beiden gegenüberliegen den ringförmigen Stirnseiten des zylindrischen Wickelkör pers können die Wickellagen durch eine ringförmige Einfas sung 27 gegeneinander fixiert werden, wobei die Einfassung 27 den Wickelkörper auch an seinen Stirnseiten schließt. Die Einfassungen 27 können aus einem Kunststoffring bestehen oder von einer aushärtenden Vergußmasse gebildet werden.

Der beschriebene regenerative Wärmetauscher arbeitet als Ge genstrom-Wärmetauscher. Die Raum- bzw. Abluft wird von dem einen der beiden Ventilatoren 21 aus dem Raum abgesaugt und durch die Öffnung 3 nach außen ins Freie geführt. Hierbei strömt die Raumluft in Pfeilrichtung 34 über den Halbumfang des Drehkörpers durch das am Mantel 6 angeordnete netzartige Gebilde 24 in die Gegenstromkammer 9 und von dieser in Pfeilrichtung 33, 31 durch die Öffnung 19 der Montageplatte 2 hindurch nach außen. Die Frisch- oder Zuluft strömt in Ge genrichtung, d. h. in Pfeilrichtung 29 von außen durch die Öffnung 20 der Montageplatte 2 hindurch in die andere Gegenstromkammer 10 und von dieser über den anderen Halbum fang des Mantels 6 und den hier befindlichen Bereich des netzartigen Gebildes 24 in Pfeilrichtung 28 in den Raum. Da der die Wärmespeichervorrichtung tragende Drehkörper im Be lüftungsbetrieb mit Hilfe des Drehantriebs 16, 18 eine kon tinuierliche Drehbewegung ausführt, kommt es zu einem Wärme tausch zwischen Ab- und Zuluft. Die z. B. von der Raumluft bei der Durchströmung in Pfeilrichtung 34 an das netzartige Gebilde 24 abgegebene und von diesem aufgenommene und ge speicherte Wärme wird bei Weiterdrehung des Drehkörpers 5 von der das netzartige Gebilde 24 gemäß Pfeilrichtung 28 von innen nach außen durchströmenden Zu- bzw. Abluft an diese abgegeben, so daß eine Raumbelüftung mit Wärmerückgewinnung erreicht wird. Gleiches gilt grundsätzlich auch dann, wenn die von außen zugeführte Frischluft ein höheres Temperatur niveau hat als die aus dem Raum abgeführte Raumluft.

Mit Hilfe des beschriebenen Wärmetauschers wird auch die in der Abluft enthaltene Feuchtigkeit unmittelbar der Zu- bzw. Frischluft zugeführt werden, da die an das netzartige Gebil de 24 von der Abluft abgegebene Feuchtigkeit von der sich bei der Durchströmung des netzartigen Gebildes erwärmenden Frischluft aufgenommen wird. Auch kann mit dem Wärmetauscher eine Kühlung der dem Raum zugeführten Frischluft bewirkt wer den, indem man die Abluft mit Hilfe einer geeigneten, am Ge rät angeordneten Befeuchtungsvorrichtung etwa bis zur Kühl grenze befeuchtet und anschließend durch den Wärmetauscher strömen läßt. Die Frischluft gelangt dann nahezu mit der dem Raumluftzustand entsprechenden Kühlgrenztemperatur in den Raum, ohne hierbei jedoch zusätzliche Feuchtigkeit aufgenom men zu haben.

Mit dem vorstehend beschriebenen Wärmetauscher lassen sich hohe Wirkungsgrade selbst in der Größenordnung von 90% errei chen. Über die Anzahl der Wickellagen des die Wärmespeicher vorrichtung bildenden netzartigen Gebildes 24 und die Größe der Mantelfläche des Drehkörpermantels 6 und damit der durch strömten Fläche des netzartigen Gebildes 24 lassen sich die gewünschten Betriebsbedingungen einstellen.

Im folgenden werden einige Beispiele für die Auslegung des beschriebenen Wärmetauschers bei unterschiedlichen Volumen strömen für die Zu- und Abluft und bei unterschiedlicher An zahl der Schichten bzw. Wickellagen des netzartigen Gebildes 24 angegeben. Die in der nachfolgenden Tabelle angegebenen Werte beziehen sich auf eine Gesamtdurchtrittsfläche des netzartigen Gebildes 24 (Zylinderumfang × Länge) von 1 m², wobei davon ausgegangen wird, daß mit gleichen Zu- und Abluftmengen gearbeitet wird. Für das netzartige Gebilde 24 wird dabei ein Kunststoff-Gewebematerial mit einer Stärke der Drähte 25 und 26 von 0,3 mm und einer lichten Maschen weite der quadratischen Gewebemaschen von 1,4 mm verwendet. Bei ähnlichen geometrischen Verhältnissen (Variation der Drahtstärke) ändern sich die Tabellendaten n um den Faktor (d/do)^0.5, t um den Faktor (d/do)^1.5 und die Drehzahl um den Faktor (d/do)^-1.5, wenn d die Drahtstärke und do die Refe renzdrahtstärke bedeuten. Die übrigen spezifischen Daten bleiben weitgehend unberührt.

Tabelle

Überraschenderweise können die in der vorgenannten Tabelle angegebenen hohen Wirkungsgrade mit einer relativ kleinen Drehgeschwindigkeit des Drehkörpers erreicht werden. Um bei spielsweise bei einem Druckverlust der Luft im netzartigen Gebilde 24 von 25 Pa und einer Luftdurchströmgeschwindigkeit von etwa 0,39 m/s durch das netzartige Gebilde einen Wir kungsgrad in der Größenordnung von 90% zu erreichen, reicht schon eine Drehzahl von 10 U/min völlig aus. Bei einer Hal bierung der Drehzahl arbeitet der Wärmetauscher immer noch mit einem Wirkungsgrad von etwa 89%.

Der vorstehend beschriebene Wärmetauscher läßt sich in ver schiedener Hinsicht abwandeln. Im allgemeinen genügt es, wenn der Drehkörper 5 auf der Seite der Montageplatte 4 nur auf drei Lager- bzw. Laufrollen gelagert wird. Die beiden Ventilatoren 21 können mit ihren Gehäusen auch unmittelbar in den Öffnungen 19 und 20 der Montageplatte 2 eingebaut wer den. Der luftdurchlässige Mantel 6 des Drehkörpers 5 kann auch aus Kunststoff oder aus Metall bestehen, z. B. aus einem ausreichend steifen Metallnetz. Auch die Trennwand 8 kann aus Kunststoff, Metall oder Holz bestehen. Anstelle des bevorzugt vorgesehenen Gewebematerials für den Aufbau der mehrschichtigen Wärmespeichervorrichtung kann auch ein ent sprechend dünnes, flexibles Gitterelement aus sich kreuzen den Kunststoffdrähten 25 und 26 verwendet werden, wobei die se an den Kreuzungspunkten aneinander fixiert sind. Das mehr schichtige netzartige Gebilde 24 sollte aus einem Gewebemate rial bzw. einem Gittermaterial mit einer relativ offenen re gelmäßigen Struktur hergestellt werden. Die Wärmeleitfähig keit des netzartigen Gebildes 24 in Durchströmrichtung soll te möglichst gering gehalten werden. Dies ist durch das be vorzugt verwendete Kunststoffmaterial sowie durch die be schriebene punkt- bzw. linienförmige Berührung der einzelnen aufeinanderliegenden Lagen A, B, C usw. gegeben. Abweichend von dem beschriebenen Ausführungsbeispiel kann der das netz artige Gebilde 24 tragende Körper 5 auch feststehend ange ordnet werden. In diesem Fall kann die Trennwand 8 zusammen mit der Ventilatorvorrichtung gegenüber dem Körper 5 dreh bar ausgeführt werden.

Wie erwähnt, kann der erfindungsgemäße regenerative Wärme tauscher auch Bestandteil einer Luftkühleinrichtung sein, welche verdunstendes Wasser zur Kälteerzeugung verwendet. Das Gerät kann zugleich auch zur Luftbefeuchtung verwendet werden. Es weist dann eine von der zu befeuchtenden Luft durchströmte Befeuchtungsvorrichtung auf, z. B. ein oder auch mehrere hintereinander angeordnete luftdurchlässige Elemente aus einem saugfähigen Material, die von einer Wasserzufüh rung am Gerät befeuchtet werden. Soll die über den Wärme tauscher strömende Zu- bzw. Frischluft gekühlt werden, so kann die aus dem Raum abgeführte Abluft, bevor sie das netz artige Gebilde durchströmt, mit einer geeigneten Vorrichtung befeuchtet werden. Dies läßt sich mit außerordentlich gerin gem Energieaufwand durchführen, wenn die luftbefeuchtenden Elemente ebenfalls als Gewebe- oder Gitterelemente aus einem saugfähigen Material, z. B. Baumwolle o. dgl. hergestellt und, in Durchströmrichtung der Abluft gesehen, in mehreren, zweck mäßig etwa 3 bis 8 Lagen, angeordnet werden, wobei die Gewe be- bzw. Gitterelemente z. B. mittels einer Sprühvorrichtung mit Wasser befeuchtet werden.

Schließlich kann das erfindungsgemäße mehrschichtige netzar tige Gebilde als Wärmespeichervorrichtung auch bei Wärmetau schern anderer Ausführungen und/oder als Wärmetauscher für andere Einsatzzwecke verwendet werden, z. B. für die Wärme rückgewinnung aus Abgasen. Insbesondere dann, wenn der rege nerative Wärmetauscher bei hohen Einsatztemperaturen zur An wendung kommt, kann das aus mehreren Schichten bestehende netzartige Gebilde nach der Erfindung auch aus einem Gewebe- oder Gittermaterial aus Metall gefertigt werden. In diesem Fall empfiehlt es sich, zwischen den einzelnen Schichten Di stanzelemente anzuordnen, vorzugsweise in Gestalt einer Git ter- oder Gewebelage, deren Maschenweite z. B. um das 5fache größer ist als die Maschenweite des für das wärmetauschende netzartige Gebilde verwendeten Gewebe- oder Gittermaterials. Auch kann das erfindungsgemäße mehrschichtige netzartige Ge bilde als Wärmespeichervorrichtung auch bei statischen Wär metauschern eingesetzt werden. Mit Vorteil läßt sich die Wärmespeichervorrichtung nach der Erfindung auch so ausfüh ren, daß das mehrschichtige netzartige Gebilde insgesamt zu einem etwa zickzackförmigen oder mäanderförmigen Gebilde geformt wird. Eine solche Ausbildung empfiehlt sich vor al lem bei einem statischen Wärmetauscher, der von dem wärmeauf nehmenden und dem wärmeabgebenden gasförmigen Medium alter nierend in wechselnder Richtung durchströmt wird. Mit dieser Gestaltung des netzartigen Gebildes lassen sich besonders kleine Abmessungen für den Wärmetauscher erreichen. Das netz artige Gebilde wird, wie erwähnt, aus dünnen Drähten bzw. monofilen Fäden gefertigt, deren Stärke vorteilhafterweise bis etwa 1 mm beträgt, in bevorzugter Ausführung unter 0,3 mm liegt. Das Verhältnis der lichten Maschenweite des Gewe be- oder Gittermaterials zur Drahtstärke liegt zweckmäßig im Bereich von 2 bis 8, vorzugsweise bei 5.

Claims

1. Regenerativer Wärmetauscher für gasförmige Medien, insbe sondere Luftwärmetauscher für die Raumbelüftung von Gebäu den, mit einer in wechselnder Folge von dem wärmeabgeben den und den wärmeaufnehmenden gasförmigen Medium durch strömten Wärmespeichervorrichtung, dadurch ge kennzeichnet, daß die Wärmespeichervorrichtung aus einem mehrschichtigen netzartigen Gebilde (24) be steht.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß die einzelnen Schichten bzw. Lagen des netzartigen Gebildes (24) eine Gewebestruktur aufweisen.

3. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß die einzelnen Schichten bzw. Lagen des netzartigen Gebildes (24) eine Gitterstruktur aufweisen.

4. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da durch gekennzeichnet, daß das netzartige Gebilde (24) aus Kunststoff, z. B. Polyäthylen, besteht.

5. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da durch gekennzeichnet, daß die einzelnen Schichten (A, B, C usw.) des netzartigen Gebildes (24) im wesentlichen nur in Punkt- oder Linienberührung aufein ander liegen.

6. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da durch gekennzeichnet, daß die einzelnen Schichten (A, B, C usw.) des netzartigen Gebildes (24) durch zwischen ihnen angeordnete Distanzelemente, z. B. Gewebe- oder Gitterschichten größerer Maschenweite, di stanziert sind.

7. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da durch gekennzeichnet, daß das netzar tige Gebilde (24) aus einem Wickelkörper besteht.

8. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da durch gekennzeichnet, daß das netzar tige Gebilde (24) aus sich kreuzenden Drähten (25, 26) mit einer Stärke bis 1 mm, vorzugsweise unter 0,3 mm, gebildet ist.

9. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 8, da durch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Schichten des netzartigen Gebildes (24) mindest gleich ist, vorzugsweise darüber liegt.

10. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 9, da durch gekennzeichnet, daß das Ver hältnis der lichten Maschenweite zur Drahtstärke des netzartigen Gebildes im Bereich von 2 - 8 liegt, vorzugsweise bei 5.

11. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 10, da durch gekennzeichnet, daß er als Ge genstrom-Wärmetauscher ausgebildet ist.

12. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 11, da durch gekennzeichnet, daß das mehr schichtige netzartige Gebilde (24) am Umfang eines, vorzugsweise zylindrischen, Drehkörpers (5) angeord net ist, dessen Innenraum durch eine Trennwand (8) in Gegenstromkammern (9, 10) für die Durchströmung des wärmeabgebenden und des wärmeaufnehmenden gasför migen Mediums (Abluft und Zuluft) im Gegenstrom unter teilt ist.

13. Wärmetauscher nach Anspruch 12, dadurch ge kennzeichnet, daß die Trennwand (8) gegenüber dem rotierenden Drehkörper (5) feststehend angeordnet ist.

14. Wärmetauscher nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehkörper (5) einen, vorzugsweise von einem Stützgitter o. dgl. gebil deten gasdurchlässigen Mantel (6) als Träger für das mehrschichtige netzartige Gebilde (24) aufweist.

15. Wärmetauscher nach Anspruch 14, dadurch ge kennzeichnet, daß das netzartige Gebilde (24) als flexibles Gewebe- oder Gitterband in sich überdec kenden Wicklungslagen auf den Mantel (6) des Drehkör pers aufgewickelt und an diesem fixiert ist.

16. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehkörper (5) an seiner einen Seite durch eine mit ihm verbundene Stirnplatte (7) verschlossen ist und an seiner anderen Seite mit seinen Gegenstromkammern (9, 10) an ein Ventilatorsystem (21) angeschlossen ist.

17. Wärmetauscher nach Anspruch 16, dadurch ge kennzeichnet, daß das Ventilatorsystem aus je einem Ventilator (21) für das wärmeabgebende Medium und für das wärmeaufnehmende Medium besteht.

18. Wärmetauscher nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehkörper (5) an seiner der festen Stirnplatte (7) abgewandten Seite an einer stehenden, die Trennwand (8) tragenden Montage platte (2) dichtend anliegt, die mit Öffnungen (30, 32) für den Durchtritt des wärmeaufnehmenden und des wärme abgebenden gasförmigen Mediums versehen ist.

19. Wärmetauscher nach Anspruch 18, dadurch ge kennzeichnet, daß die Ventilatoren (21) in oder an den Öffnungen (30, 32) der Montageplatte (2) angeordnet sind.

20. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 12 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehkörper (5) über einen Reibrollen- oder Zahnan trieb angetrieben ist.

21. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß an der Montageplatte (2) mehrere im Umfangsabstand angeordnete Laufrollen (16) gelagert sind, auf denen der Drehkörper (5) gelagert ist, wobei mindestens eine dieser Laufrol len eine von einem Antrieb (18) angetriebene Antriebs rolle bildet.

22. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 18 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehkörper (5) mit seiner Stirnplatte (7) über eine zentrale Drehachse (14) an der Montageplatte (2) abgestützt ist.

23. Wärmetauscher nach Anspruch 22, dadurch ge kennzeichnet, daß die Drehachse (14) die Trennwand durchgreift.

24. Wärmetauscher nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehkörper (5) mittels eines Sicherungsorgans (18), z. B. einer Siche rungsmutter, an der Drehachse (14) gesichert und bei gelöstem Sicherungsorgan von der Drehachse abziehbar ist.

25. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 18 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehkörper an seiner der Montageplatte (2) zugewand ten Umfangsseite über eine Umfangsdichtung (13), vor zugsweise eine flexible Kunststoffdichtung, gegenüber der Montageplatte (2) abgedichtet ist.

26. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 12 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand (8) über nachgiebige Dichtelemente (11, 12), z. B. elastische Dichtstreifen, gegenüber dem Mantel (6) und der Stirnplatte (7) abgedichtet ist.

27. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 12 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß er an einer Fenster- oder Gebäudewandöffnung (3) des Raumes angeordnet ist.

28. Wärmetauscher nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß er mit einer Vorrichtung zur Luftbefeuchtung versehen ist.