DE4344480A1

DE4344480A1 - Flexibler Wärmeübertrager für die Wärmerückgewinnung aus verschmutzter Abluft und Abgasen oder die Erwärmung von Gasen

Info

Publication number: DE4344480A1
Application number: DE19934344480
Authority: DE
Inventors: Juergen Dipl Ing Lang; Gunter Dipl Ing Schertz
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1993-12-21
Filing date: 1993-12-21
Publication date: 1995-06-22

Description

Die Erfindung betrifft einen flexiblen Wärmeübertrager für die Wärmerückgewinnung aus verschmutzter Abluft oder die Er wärmung von Gasen, der aus Kapillarplatten besteht, die von einem flüssigen Wärmeträger durchflossen und quer dazu von Abluft oder Gas umströmt werden.

Bezogen auf gleiche Wärmeübertragungsleistungen müssen Wärme übertrager mit zumindest einem gasförmigen Medium im Ver gleich zu Wärmeübertragern mit nur flüssigen Medien eine we sentlich größere Wärmeübertragungsfläche haben, weil die Wär übertragung gasförmiger Medien wesentlich schlechter ist als die flüssiger.

Um dennoch die Größe derartiger Wärmeübertrager zu minimie ren, werden die Wärmeübertragungsflächen mit nur geringen Spaltweiten von 2 bis 5 Millimetern für das Durchströmen von Luft oder Gas aneinandergeordnet. Das ist mit dem Nachteil verbunden, daß sich an der Oberfläche der Kapillarplatten vermehrt die im Luft- oder Gasstrom mitgeführten festen und flüssigen Bestandteile ablagern zu einer Isolierschicht, die den Wärmeübergang behindert. Besonders bei verunreinigten Gasströmen, wie Abluft und Abgas, die vorzugsweise wärmeener getisch genutzt werden, führen diese Ablagerungen bereits nach kurzen Betriebszeiten zur Verringerung des Wirkungsgrades des Wärmeübertragers und - wenn keine Reinigung erfolgt - schließ lich zur Verstopfung. Verstärkt wird dieser Prozeß noch durch die in Wärmeübertragern in der Regel auftretende Kondensatbil dung.

In der DE-PS 24 10 724 ist vorgeschlagen worden, die Anlage rung von Feststoffpartikeln in Wärmetauschern für Gas-Fest stoffgemische durch die periodische Reinigung der Wärmetausch flächen mit einem Spülmedium zu verhindern. Für das Aufsprü hen des Spülmediums wird eine sehr aufwendige Vorrichtung eingesetzt, die nur in rotationssymmetrischen Wärmetauschern und nicht in Plattenwärmeübertragern einsetzbar ist. Die DE-OS 40 17 052 und 40 33 321 sehen eine ähnliche Sprüh vorrichtung für den Plattenwärmetauscher eines Kraftfahrzeu ges vor, die aber bei Platten von mehr als einem Meter Länge nicht zu der gewünschten Reinigung führen wird, auch nicht bei Einsatz eines Hochdruckreinigers.

Gegenstand der DE-PS 26 30 551 ist ein Kreuzstrom-Wärmeaus tauscher, dessen Flächenelemente aus formschlüssig verbunde nen Aluminium- oder Kupferfolien bestehen, die bei starken Verschmutzungen nicht mehr gereinigt, sondern ausgetauscht werden sollen. Neben dem Verlust an teurem Buntmetall ist bei dieser Erfindung die periodisch notwendige Betriebsunterbre chung für den Austausch der Bauelemente zu bemängeln.

Den letztgenannten Nachteil weist auch der Wärmetauscher auf, der durch DE-PS 32 26 984 geschützt ist. Seine Bauelemente sind zum Teil ausziehbar und über Scharniere drehbar angeord net, wodurch dieser Wärmetauscher geöffnet, die Wärmetauscher flächen gereinigt und anschließend wieder geschlossen werden kann.

Durch die DE-PS 36 39 328 ist eine ähnliche Lösung bekannt geworden, bei der Wärmetauscher aus zwei völlig voneinander getrennten Teilen besteht, die auseinander und ineinander ge fahren werden können und getrennt mittels Dampfstrahler ge säubert werden.

Mit der DE-PS 31 10 448 wurde auch versucht, die Verunreini gungen aus der Abluft durch vor der Lufteintrittsseite ange brachte Lamellenpakete herauszufiltern. Doch entstehen dabei Druckverluste. Außerdem treten weiterhin Betriebsunterbre chungen auf, in denen die Lamellenpakete gereinigt oder aus gewechselt werden und - wenn auch in größeren Intervallen - die Wärmetauscherflächen gesäubert werden müssen.

In der DE-OS 39 26 283 wird auf einen anderen Nachteil be kannter Plattenwärmetauscher hingewiesen, der darin besteht, daß die miteinander verkanteten Blechplatten beim Durchströ men eines gasförmigen Mediums mehr oder weniger stark vibrie ren. Durch die Verwendung von Hohlkammerplatten, in deren Innern Stege angeordnet sind, und die durch Abstandhalter getrennt sind, wird eine dauerhafte Kalibrierung und Stabi lität erreicht. Aufbauend auf dieser Erfindung haben sich Wärmetauscher mit Kapillarplatten aus Polypropylen oder einem Fluorpolymer durchgesetzt, die eine kompakte Bauform haben mit einer Wärmetauschfläche von über 450 m² pro m³.

Aufgabe der Erfindung ist es, Wärmeübertrager mit Kapillar platten dahingehend weiterzuentwickeln, daß der Wärmeübergang verbessert, Ablagerungen an den Kapillarplatten erschwert, die Bildung von isolierenden Schichten durch Selbstreinigung verhindert und die in größeren Zyklen erforderliche Reinigung der Kapillarplatten erleichtert und beschleunigt wird. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die ganz oder teilweise aus einem elastischen Kunststoff beste henden Kapillarplatten jeweils nur an einer Kante aufgehängt und mit dem Zufluß aus einem Verteilerbehälter, der einen flüssigen Wärmeträgers enthält, verbunden wird und daß zwi schen den Kapillarplatten Abriebschutzstreifen angeordnet werden.

Durch die Aufhängung der Kapillarplatten an einer Kante sind sie um ihre Aufhängung schwenkbar und können beim Vorbeiströ men eines gasförmigen Mediums aneinanderreiben und dabei Ab lagerungen abstreifen, wodurch verhindert wird, daß sich der Wärmeübergang verschlechtert.

Die in den Spalten zwischen den Kapillarplatten angebrachten Abriebschutzleisten sollen vorzeitige Undichtheiten der dünn wandigen Kapillarplatten verhindern, aber auch die Turbulen zen der durchströmenden Gase erhöhen.

Durch die Aufhängung der Kapillarplatten an jeweils einer Kante können die Spalte zwischen ihnen vergrößert werden. Das erleichtert ihre Reinigung von Ablagerungen, die Reinigung kann gründlicher durchgeführt und beschleunigt werden. Die der Aufhängung gegenüberliegende Kante einer Kapillar platte endet jeweils in einem Sammelrohr.

Diese freien Enden der Kapillarplatten können aber auch in einem gemeinsamen Sammelbehälter zusammengeführt werden. Dieser Behälter kann mit einem Mechanismus angehoben werden, wodurch sich die flexiblen Kapillarplatten spreizen. Der Ab stand zwischen den Kapillarplatten kann so gezielt vergrößert werden.

Infolge der Beweglichkeit der nur an einer Kante aufgehängten Kapillarplatten ergeben sich in den Gasströmen größere Turbu lenzen, die einerseits die Wärmeübergangsbedingungen verbes sern durch vermehrte Kontakte der beteiligten Moleküle, ande rerseits wird die Anlagerung von Partikeln und die Bildung von Isolierschichten auf den Wärmeübergangsflächen erschwert und durch die Selbstreinigung der sich berührenden flexiblen Kapillarplatten längerfistig verhindert. Außerdem kann die in längerfristigen Zyklen notwendige Säuberung der Wärmeüber gangsflächen vereinfacht und beschleunigt werden, wodurch sich die Betriebsausfallzeiten verkürzen.

Die Erfindung wird im folgenden an Ausführungsbeispielen er läutert:

Fig. 1 zeigt einen flexiblen Wärmeübertrager, dessen aus dem Fluorpolymer PVDF gefertigten Kapillarplatten 1 parallel zu einander mit ihrer oberen Kante 2 an einem Verteilerbehälter 3 für Nutzwasser aufgehängt und jeweils kommunizierend mit die sem verbunden sind. Am unteren Teil der Kapillarplatten ist jeweils ein Sammelrohr 5 angeformt.

Der Verteilerbehälter 3 ist durch die Trennwand 9 geteilt in zwei Kammern für zu- und abfließendes Nutzwasser. Auch die Kapillarplatten 1 sind in zwei Bereiche geteilt. Im ersten strömt das Nutzwasser vom Verteilerbehälter 3 zum Sammelrohr 5 und im zweiten vom Sammelrohr 5 zum Abfluß des Verteilerbe hälters 3.

Die Abluft strömt jeweils im rechten Winkel zum Nutzwasser (Kreuzstromprinzip) in den Spalten zwischen den Kapillarplat ten 1. Dabei berühren die Luftmoleküle wechselseitig deren Oberfläche und übertragen Wärme an die Wassermoleküle. Die dabei auftretenden Turbulenzen werden durch die Beweglichkeit der Kapillarplatten und durch die Abriebschutzstreifen 4 noch erhöht und führen dazu, daß die Oberflächen benachbarter Ka pillarplatten aneinanderreiben und dabei Ablagerungen ab streifen, die unter dem Einfluß der Schwerkraft nach unten sinken und dort in bekannter Weise aufgefangen werden. Bei einer dennoch erforderlich werdenden Säuberung der Ober flächen wird anstelle der Abluft ein Wasser- oder Dampfstrahl in die Spalten zwischen den Kapillarplatten geleitet. Sollte es notwendig sein, kann auch mit einem Reinigungswerkzeug in die Spalte zwischen den flexiblen Kapillarplatten 1 eingegrif fen werden.

Fig. 2 zeigt einen vergrößerten Schnitt A-A durch die eine Vielzahl von Kanälen aufweisenden Kapillarplatten 1.

In Fig. 3 ist ein Wärmeübertrager dargestellt, dessen Kapil larplatten 1 zwischen einem Verteilerbehälter 3 und einem Sammelrohr 5 flexibel aufgehängt sind und dessen Sammelrohr 5 angehoben wurde, um einen Spalt zwischen den Kapillarplatten für die Säuberung zu vergrößern. In diesem Falle strömt das flüssige Medium vom Verteilerbehälter 3 durch die Kapillar platten 1 zum gemeinsamen Sammelrohr 5 und von dort ab.

Fig. 4 zeigt einen Wärmeübertrager, dessen Kapillarplatten 1 sackförmige Hohlräume 6 aufweisen, in die jeweils ein flexi bles Rohr 7 ragt, das eine geringere. Querschnittsfläche hat als die Hohlkanäle 6 und nicht bis zu deren Grund reicht.

Während die Kapillarplatten 1 mit der Kante, an der die Hohl kanäle 6 münden, am Boden eines über ihnen angeordneten Sam melbehälters 8 befestigt sind, reichen die flexiblen Rohre bis zu dem über dem Sammelbehälter 8 befindlichen Verteiler behälter 3, durch den das Nutzwasser zuströmt. Es fließt dann durch die flexiblen Rohre 7, ändert seine Richtung um 180°, um dann zwischen den Außenseiten der Rohre 7 und den Innen seiten der Hohlkanäle 6 zum Sammelbehälter 8 und von dort ab zufließen. Die Kapillarplatten 1 weisen Abriebschutzstreifen 4 auf. Dieser Wärmeübertrager zeichnet sich durch eine ein fachere Konstruktion aus.

Fig. 5 zeigt einen vergrößerten Schnitt B-B durch die Kapil larplatten 1 mit den sackförmigen Hohlkanälen 6 und darin an geordneten flexiblen Rohren 7 sowie den Abriebschutzstrei fen 4.

Bezugszeichenliste

1 Kapillarplatte
2 Kante der Kapillarplatte, an der sie aufgehängt ist
3 Verteilerbehälter für flüssigen Wärmeträger
4 Abriebschutzstreifen
5 Sammelrohr
6 sackförmiger Hohlkanal
7 flexibles Rohr
8 Sammelbehälter
9 Trennwand im Verteilerbehälter

Claims

1. Flexibler Wärmeübertrager für die Wärmerückgewinnung aus verschmutzter Abluft und Abgasen oder für die Erwärmung von Gasen, bestehend aus Kapillarplatten, die von einem flüssigen Wärmeträger durchflossen und quer dazu von Abluft oder Gas umströmt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die ganz oder teilweise aus elastischem Kunststoff bestehenden Kapillarplatten (1) jeweils an einer Kante (2) aufgehängt sind, daß sie mit einem Zufluß aus einem ein flüssiges Wärmeträgermedium enthaltenden Verteilerbehälter (3) ver bunden sind und daß zwischen ihnen Abriebschutzstreifen (4) angeordnet sind.

2. Flexibler Wärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Aufhängung der Kapillarplatten (1) aus elastischem Kunststoff besteht.

3. Flexibler Wärmeübertrager nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Kapillarplatte (1) unten ein Sammelrohr (5) aufweist.

4. Flexibler Wärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Kapillarrohre (1) mit einem gemeinsamen Sammelbehälter (8) verbunden sind, der zum Spreizen der Kapillarplatten (1) in seiner Höhe verstellbar ist.

5. Flexibler Wärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Kapillarplatten (1) an einer Kante offe ne sackförmige Hohlkanäle (6) aufweisen, in die ein flexi bles Rohr (7) mit geringerem Querschnitt bis fast zum Grund ragt, daß die Kapillarplatten (1) mit dieser Kante (2) an einem Sammelbehälter (8) hängend befestigt sind und daß die Rohre (7) in einem über diesem angeordneten Verteiler behälter (3) münden.