Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung:
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Wärmetauscherelement zur Verwendung in
einer Wärmetauschereinheit zur Übertragung von Wärme zwischen
zugeführter Atmosphärenluft und ausgestoßener Innenluft, während die ausgestoßene
Innenluft mit der zugeführten Atmosphärenluft ersetzt wird, um hierdurch die
Belastung einer Airconditioning-Einheit zu reduzieren, die in Kombination mit
der Wärmetauschereinheit verwendet wird, und zwar um die benötigte
Energiemenge für den Betrieb der Airconditioning-Einheit zu sparen bzw. zu
verringern.
Ausgangspunkt:
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Die Fig. 1-3 der Zeichnung illustrieren ein herkömmliches
Wärmetauscherelement zur Übertragung von Wärme zwischen zugeführter
Atmosphärenluft und ausgestoßener Innenluft, ohne dass erlaubt wird, dass sie sich
miteinander vermischen. Fig. 4 zeigt das herkömmliche
Wärmetauscherelement, das in Fig. 1 dargestellt ist und das in einer Wärmetauschereinheit
eingebaut ist.
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Wie in den Fig. 1-3 gezeigt ist, besitzt das herkömmliche
Wärmetauscherelement, das im Allgemeinen durch 1 in Fig. 1 gekennzeichnet ist, eine Vielzahl
von feuchtigkeitspermeablen, rechteckigen Wärmetauscherplatten, 2 um
einen vollständigen Wärmeaustausch durchzuführen und eine Vielzahl von
gewellten Streifen bzw. Lamellen 3 aus flammenresistentem Papier, Plastik oder
Ähnlichem, die an entsprechende Oberflächen der Wärmetauscherplatten 2
geklebt bzw. gebondet sind. Die Wärmetauscherplatten 2 und die gewellten
Lamellen 3, die damit verbunden sind, bilden zusammen eine Vielzahl von
gestapelten Wärmetauscherbauteilen 5, und zwar jeweils analog zu einer
Wellpappe mit einer Vielzahl von Fluid-Durchlässen 4 mit dreieckigem
Querschnitt. Das herkömmliche Wärmetauscherelement 1 besitzt auch 4 Pfosten 6
aus Metall, die in entsprechende Schienen einer Wärmetauschereinheit an
den entsprechenden vier Kanten der Wärmetauscherbauteile eingepasst und
durch Schrauben befestigt sind, um die Kanten abzudichten und die
Wärmetauscherbauteile 5 in einer gewünschten KonFiguration zu erhalten.
Benachbarte der Wärmetauscherbauteile 5 sind abwechselnd mit rechten Winkeln
zueinander orientiert.
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Das herkömmliche Wärmetauscherelement 1 wird hergestellt durch Stapeln
der Wärmetauscherbauteile 5 und dann durch Zurechtschneiden der selben in
eine gewünschte Form. Die Wärmetauscherplatten 2 und die gewellten
Lamellen 3 wurden fest aneinander geklebt bzw. gebondet, um zu verhindern,
dass sich Luft zwischen den Fluid-Durchlässen 4 vermischt.
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Wie in Fig. 4 dargestellt ist, ist das herkömmliche Wämetauscherelement 1 in
eine Wärmetauschereinheit eingebaut, die ein oberes Paneel oder
Wandelement 7, ein unteres Paneel oder Wandelement 8 und eine Trennwand 9, die
zwischen dem oberen und unteren Wandelement 7, 8, angeordnet ist, besitzt.
Die oberen und unteren Wandelemente 7, 8 und die Trennwand 9 definieren
gemeinsam obere und untere Fluid-Durchlässe 7A, 8A. Das
Wärmetauscherelement 1 ist zwischen den oberen und unteren Wandelementen 7, 8
und über die Trennwand 9 hinweg positioniert, und zwar quer zu den oberen
und unteren Fluid-Durchlässen 7A, 8A, so dass das Wärmetauscherelement 1
die Luftströmung senkrecht zu den oberen und unteren Fluid-Durchlässen 7A,
8A verändert. Aussenluft, die in dem unteren Fluid-Durchlass 8A einströmt,
wird durch das Wärmetauscherelement 1 und den oberen Fluid-Durchlass 7A
in einen Raum eingeführt, und Innenluft strömt aus dem Raum durch den
unteren Fluid-Durchlass 8A in das Wärmetauscherelement 1 und dann durch
den oberen Fluid-Durchlass 7A in die Atmosphäre ausserhalb des Raums.
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Die in den Raum eingeführte Luft und die aus dem Raum ausgestoßene Luft
strömen durch die Fluid-Durchlässe 4, die sich senkrecht zueinander
erstrecken, der abwechselnd gestapelten Wärmetauscherbauteile 5. Wärme wird
zwischen der Luft, die in den Raum eingeführt wird, und der Luft, die aus dem
Raum ausgestoßen wird, übertragen, während sie durch die Fluid-Durchlässe
4 strömen.
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Die japanische Offenlegungsschrift Nr. 5 - 79784 zeigt ein weiteres
herkömmliches Wärmetauscherelement, das eine Vielzahl von
Wärmetauscherbauteilen aufweist, die sich mit einer Vielzahl von Trennwänden abwechseln. Jedes
der Wärmetauscherbauteile besitzt eine rechteckige Wärmetauscherplatte mit
einer Vielzahl von Rippen, die an einer Oberfläche der selben angeordnet
sind und einer Vielzahl von Rippen, die an der anderen Oberseite angebracht
sind, sowie ein Paar von Wärmetauscherplatten, welche die Rippen an den
entgegengesetzten Oberflächen der rechteckigen Wärmetauscherplatte
sandwichartig umgeben. Die Wärmetauscherplatten mit den sandwichartig
eingeschlossenen Rippen sind integral eingeschlossen in einen Gusskörper
aus Synthetikharz. Das dargestellte Wärmetauscherelement ist so aufgebaut,
dass es den Widerstand gegenüber einer Luftströmung dort hindurch reduziert
und auch die Herstellungskosten des Elements verringert.
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Jedes der oben genannten Wärmetauscherelemente benötigt einen relativ
großen Einbauraum, der innerhalb der Wärmetauschereinheit ausgebildet
werden muss, in der es installiert werden soll. Demgemäß besitzt ein
Totraum, der gestrichelt in Fig. 4 dargestellt ist, der um das
Wärmetauscherelement herum innerhalb der Wärmetauschereinheit ausgebildet wird und nicht
den Wärmeaustausch-Prozess in der Wärmetauschereinheit fördert,
notwendigerweise einen großen Anteil innerhalb des Einbauraums.
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Wie oben beschrieben, benötigt das herkömmliche Wärmetauscherelement
die Pfosten 6 und die Schrauben, um sie zu befestigen und wird gebildet
durch Stapeln der Wärmetauscherbauteile 5 und anschließendes
Zurechtschneiden in eine gewünschte Form. Die Wärmetauscherplatten 2 und die
gewellten Lamellen 3 wurden fest miteinander verbunden bzw. verklebt.
Daher ist die Anzahl der Teile der herkömmlichen Wärmetauscherelemente
relativ groß und das Herstellungsverfahren der herkömmlichen
Wärmetauscherelemente besitzt eine relativ große Anzahl von Schritten. Ferner neigen
derzeitige Produkte der herkömmlichen Wärmetauscherelemente dazu, sich
hinsichtlich ihrer Qualität zu unterscheiden.
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Da die Fluid-Durchlässe, welche durch die Wärmetauscherplatten 2 und die
gewellten Lamellen 3 gebildet werden, eine relativ geringe Querschnittsfläche
besitzen, entsteht ein großer Druckverlust in der durch die Fluid-Durchlässe 4
strömenden Luft. Die gewellten Lamellen 3, welche eine geringe
Wärmeaustausch-Effizienz besitzen, sind an den Wärmetauscherplatten 2 an vielen
Punkten verklebt, was verhindert, dass die Wärmetauscherplatten 2 effektiv
für einen Wärmeaustausch verwendet werden. Zusätzlich besitzen die Fluid-
Durchlässe vier Innenwand-Oberflächen, die so glatt sind, dass es
wahrscheinlich ist, dass sich leicht eine Temperatur-Grenzschicht entwickelt, was
eine Reduktion in der Wärmeaustausch-Effizienz zur Folge hat.
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Das zuletzt genannte herkömmliche Wärmetauscherelement ist auch aus
einer relativ großen Anzahl von Teilen aufgebaut und wird in einem Verfahren
hergestellt, das eine relativ große Anzahl von Schritten verwendet, da es
notwendig ist, die Wärmetauscherbauteile und die Trennwände für eine hohe
Dichtfähigkeit fest miteinander zu verbinden bzw. zu verkleben. Das zuletzt
genannte herkömmliche Wärmetauscherelement ist nicht in der Lage, eine
Reduktion in der Wärmeaustausch-Effizienz in Folge der Entwicklung einer
Temperatur-Grenzschicht zu verhindern.
Die Erfindung
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Es ist daher ein Ziel der folgenden Erfindung, ein Wärmetauscherelement
vorzusehen, das den Anteil des erzeugten Totraums innerhalb eines
Einbauraums zum Installieren des Wärmetauscherelements in einer
Wärmetauschereinheit zu minimieren, um dadurch den Raum innerhalb der
Wärmetauschereinheit effizienter zu nutzen, wobei das Element leicht hergestellt
werden kann und effizient ist beim Wärmeaustausch zwischen Fluids, die in dem
Wärmetauscherelement strömen, und zwar mit relativ hoher
Wärmeaustausch-Effizienz.
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Gemäss der vorliegenden Erfindung ist ein Wärmetauscherelement mit einer
Vielzahl von Wärmetauscherbauteilen vorgesehen, die jeweils eine
kreisförmige Wärmetauscherplatte besitzen, wobei die kreisförmige
Wärmetauscherplatte eine Vielzahl von Rippen besitzt, die von einer Oberfläche der selben
vorragen und sich im Allgemeinen in einer Richtung erstrecken, wobei die
kreisförmige Wärmetauscherplatte eine Aussenumfangskante besitzt, die in
vier im Wesentlichen gleiche Kanten aufgeteilt ist und ein paar Dichtrippen
umfasst, die sich jeweils entlang zwei diametral gegenüberliegender der
Kanten erstrecken, und zwar im Wesentlich parallel zu den Rippen, und ein
Paar von den Endwänden, die sich jeweils entlang der anderen, diametral
gegenüberliegenden der Kanten erstrecken, und zwar im Wesentlichen quer zu
den Rippen, wobei die Wärmetauscherbauteile in eine zylindrische Form
gestapelt sind, bei der die Endwände jeder der kreisförmigen
Wärmetauscherplatten zusammen passend mit den Dichtrippen einer anderen der
kreisförmigen Wärmetauscherplatten in Eingriff kommt.
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Die kreisförmige Wärmetauscherplatte, die Rippen, die Dichtrippen und die
Endwände jeder der Wärmetauscherbauteile sind integral aus Synthetikharz
geformt bzw. gegossen.
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Die Endwände sind radial nach aussen bezüglich der Dichtrippen angeordnet,
die mit den Endwänden in Eingriff stehen, wobei die Endwände gebogene
Aussenoberflächen besitzen.
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Jede der Rippen besitzt eine Vielzahl von Zähnen, die seitlich von einer Seite
der selben vorragen.
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Die kreisförmige Wärmetauscherplatte besitzt eine Vielzahl von Ansätzen
bzw. Erhöhungen, die von wenigstens einer Oberfläche der selben vorragen.
Jede der Rippen besitzt entgegengesetzte glatte, gebogene Enden. Wenn die
Wärmetauscherbauteile derart gestapelt werden, dass die Endwände in
zusammenpassendem
Eingriff mit den Dichtrippen gehalten werden, dann
definieren die Rippen Fluid-Durchlässe zwischen den kreisförmigen
Wärmetauscherplatten. Die Fluid-Durchlässe sind in einer Lage zwischen zwei
benachbarten, kreisförmigen Wärmetauscherplatten senkrecht zu den Fluid-
Durchlässen in einer anderen Lage zwischen zwei anderen benachbarten,
kreisförmigen Wärmetauscherplatten orientiert. Die zylindrische Anordnung
der Wärmetauscherbauteile nutzt effizient einen Einbauraum in einer
Wärmetauschereinheit, in der das Wärmetauscherelement installiert ist.
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Da die kreisförmige Wärmetauscherplatte, die Rippen, die Dichtrippen und die
Endwände der Wärmetauscherbauteile integral aus Synthetikharz geformt
bzw. gegossen sind und die Wärmetauscherbauteile gestapelt sind, kann das
Wärmetauscherelement leicht mit gleichförmiger Produktqualität hergestellt
werden.
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Da die Endwände radial nach aussen bezüglich der Dichtrippen positioniert
sind, die mit den Endwänden in Eingriff stehen, besitzen die Endwände
gebogene Aussenoberflächen, wodurch durch die Aussenoberflächen der
Endwände bewirkter Druckverlust reduziert wird.
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Die Zähne oder Unebenheiten, die seitlich von den Rippen vorspringen und
die Ansätze oder Unebenheiten, die von wenigstens einer Oberfläche von
jeder der Wärmetauscherplatten vorspringen, stören positiv ein Fluid, um
turbulente Wirbel in dem Fluid zu erzeugen, wenn das Fluid durch die durch die
Rippen definierten Fluid-Durchlässe zwischen den Wärmetauscherplatten
strömt. Daher kann das Wärmetauscherelement Wärme zwischen Fluids, die
dort hindurch strömen, mit erhöhter Wärmeaustausch-Effizienz übertragen.
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Jede der Rippen besitzt glatte, gebogene Enden, welche einen hierdurch
bewirkten Druckverlust reduzieren.
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Die obigen und weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben
sich aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung, welche
bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung durch
Beispiele darstellen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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In der Zeichnung zeigt:
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Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines herkömmlichen
Wärmetauscherelements;
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Fig. 2 eine vergrößerte, teilweise Frontaufrissansicht des herkömmlichen
Wärmetauscherelements gemäß Fig. 1;
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Fig. 3 eine Querschnittsansicht entlang der Linie III-III in Fig. 2;
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Fig. 4 eine Querschnittsansicht einer Wärmetauschereinheit, welche das
herkömmliche, in Fig. 1 gezeigte, Wärmetauscherelement beinhaltet;
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Fig. 5 eine perspektivische Ansicht des Wärmetauscherelements, das gemäß
der vorliegenden Erfindung zusammengesetzt ist;
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Fig. 6 eine auseinander gezogene perspektivische Ansicht eines
Wärmetauscherelements gemäß der Erfindung;
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Fig. 7 eine Ansicht von unten auf eine Wärmetauscherplatte des
Wärmetauscherelements;
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Fig. 8 eine vergrößerte, teilweise Frontaufrissansicht des
Wärmetauscherelements gemäß Fig. 6;
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Fig. 9 eine Querschnittsansicht entlang der Linie IX-IX in Fig. 8;
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Fig. 10 eine Querschnittsansicht einer Wärmetauschereinheit, welche das
Wärmetauscherelement gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet;
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Fig. 11 eine vergrößerte perspektivische Ansicht einer Rippe des
Wärmetauscherelements gemäß der vorliegenden Erfindung;
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Fig. 12 eine teilweise Draufsicht auf die Wärmetauscherplatte;
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Fig. 13 eine Querschnittsansicht entlang der Linie XIII-XIII in Fig. 12;
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Fig. 14 eine teilweise Querschnittsansicht, welche die Art und Weise darstellt,
mit der die Wärmetauscherplatte gemäß den Fig. 12 und 13 arbeitet;
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Fig. 15 eine vergrößerte perspektivische Ansicht einer modfizierten Rippe;
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Fig. 16 eine teilweise Draufsicht auf eine modifizierte Wärmetauscherplatte;
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Fig. 17 eine Teil-Draufsicht auf eine weitere modifizierte
Wärmetauscherplatte;
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Fig. 18 eine Querschnittsansicht entlang der Linie XVIII-XVIII in Fig. 17;
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Fig. 19 eine teilweise Querschnittsansicht, die die Art und Weise darstellt, mit
der die Wärmetauscherplatte gemäß den Fig. 17 und 18 arbeitet;
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Fig. 20 eine Querschnittsansicht einer noch weiteren modifizierten
Wärmetauscherplatte; und
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Fig. 21 eine Querschnittsansicht noch einer weiteren modifizierten
Wärmetauscherplatte.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
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Gemäß Fig. 5 weist ein Wärmetauscherelement 10 gemäß der vorliegenden
Erfindung eine Vielzahl von gestapelten Wärmetauscherbauteilen 11 auf, die
jeweils integral aus Synthetikharz geformt bzw. gegossen, insbesondere
spritzgegossen sind. Benachbarte der Wärmetauscherbauteile sind
abwechselnd mit rechten Winkeln zueinander orientiert.
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Wie in den Fig. 6 und 7 dargestellt ist, weist jedes der Wärmetauscherbauteile
11 eine kreisförmige Wärmetauscherplatte 12 mit einer Vielzahl von Rippen
auf, die nach unten von einer Rückseite der selben vorragen und sich im
Allgemeinen in eine Richtung erstrecken. Insbesondere erstreckt sich die
mittlere Rippe 13, wie in Fig. 7 dargestellt ist, vollständig gerade diametral über die
kreisförmige Wärmetauscherplatte 12 und jeder der anderen Rippen 13
erstreckt sich gerade an entgegengesetzten Enden der selben und konzentrisch
zu der kreisförmigen Wärmetauscherplatte in einem Mittelbereich der Rippe.
Die Aussenumfangskante der kreisförmigen Wärmetauscherplatte 12 ist in
vier im Wesentlichen gleiche, gebogene Kanten aufgeteilt. Die kreisförmige
Wärmetauscherplatte 12 besitzt auch ein Paar von gebogenen Dichtrippen 14,
die sich jeweils entlang zwei diametral gegenüberliegender der vier gleichen,
gebogenen Kanten erstrecken, und zwar im Wesentlichen parallel zu den
Rippen 13. Die gebogenen Dichtrippen 14 ragen nach unten von der Rückseite
der kreisförmigen Wärmetauscherplatte 12 vor.
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Die Mittelbereiche der Rippen 13 sind nicht auf die dargestellte Form
beschränkt, die konzentrisch bezüglich der kreisförmigen Wärmetauscherplatte
12 ist. Statt dessen können die Rippen 13 in einem beliebigen Muster
angeordnet sein, welches den Widerstand gegenüber einem Fluid, das zwischen
den Rippen 13 strömt, reduziert und eine Wärmeaustausch-Effizienz erhöht.
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Alle Rippen 13 und die Dichtrippen 14 besitzen eine konstante Höhe von z. B.
2 mm von der Rückseite der Wärmetauscherplatte 12.
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Die kreisförmige Wärmetauscherplatte 12 besitzt auch ein Paar von
gebogenen Endwänden 15, die sich jeweils entlang zwei anderer, diametral
gegenüberliegender der vier gleichen gebogenen Kanten der Platte erstrecken, und
zwar im Wesentlichen quer zu den Rippen 13. Die gebogenen Endwände 15
ragen nach oben von einer Stirnseite der selben, und zwar entfernt von den
Rippen 13 und besitzen eine Höhe, die gleich der Höhe der Rippen 13 ist.
Jede der gebogenen Endwände 15 besitzt ein Paar von Blöcken 15a an ihren
entgegengesetzten Enden und eine gebogene Eingriffsausnehmung 15b, die
in einer radialen Innenoberfläche der selben ausgebildet ist, und zwar
zwischen den Blöcken 15a und mit einer Länge, die die selbe ist wie die Länge
einer der Dichtrippen 14.
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Jede der Dichtrippen 14 besitzt eine bogenförmige Ausnehmung 14a, die in
einer radial äusseren Oberfläche der selben definiert ist. Die gebogene
Eingriffsausnehmung 15b jeder der gebogenen Endwände 15 besitzt eine
transversale Querschnittsform, die komplementär zu der transversalen
Querschnittsform einer der Dichtrippen 14 ist.
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Wenn die Wärmetauscherbauteile 11 vertikal mit abwechselnd 90º
beabstandeten Orientierungen gestapelt sind, werden die Dicht-Rippen 14 eines
oberen Wärmetauscherbauteils 11 in die jeweiligen bogenförmigen
Eingriffsausnehmungen 15b eines unteren Wärmetauscherbauteils 11 eingepasst. Da die
Dichtrippen 14 komplementär und eng passend in der bogenförmigen
Eingriffsausnehmung 15b volllständig über ihre Länge und Höhe aufgenommen
sind, werden die Dichtrippen 14 und die bogenförmigen Endwände 15 eng
passend miteinander kombiniert, um eine ausreichende Dichtfähigkeit
vorzusehen. Wenn die Dichtrippen 14 in die bogenförmigen Eingriffsausnehmungen
15b eingepasst werden, sind die bogenförmigen Endwände 15 radial nach
aussen bezüglich der Dichtrippen 14 positioniert.
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Die so mit abwechselnd 90º beabstandeten Orientierungen gestapelten
Wärmetauscherbauteile 11 bilden gemeinsam das Wärmetauscherelement 10 mit
einer zylindrischen Form, das eine Vielzahl von gestapelten Lagen aus Fluid-
Durchlässen 16 besitzt, die sich mit abwechselnd um 90º beabstandeten
Richtungen erstrecken, wie in den Fig. 8 und 9 dargestellt ist. Insbesondere
wird eine Lage der Fluid-Durchlässe 16 definiert durch die Rippen 13
zwischen einem Paar gestapelter kreisförmiger Wärmetauscherplatten 12 und
eine benachbarte Schicht aus Fluid-Durchlässen 16, die um 90º von der Lage
aus Fluid-Durchlässen 16 beabstandet ist, wird durch die Rippen 13 zwischen
einem benachbarten Paar von gestapelten kreisförmigen
Wärmetauscherplatten 12 definiert. Die Wärmetauscherbauteile 11 können leicht in eine
abgedichtete Struktur zusammengesetzt werden, da die Dichtrippen 14 und die
gebogenen Endwände 15 sofort in zusammen passende Eingriffe miteinander
gebracht werden können. Daher kann das Wärmetauscherelement 10 sehr
effizient zusammen gebaut werden.
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Wenn die Wärmetauscherbauteile 11 gestapelt sind, sind die Blöcke 15a der
gebogenen Endwände 15 miteinander ausgerichtet. Jeder der Blöcke 15a
besitzt einen zylindrischen Stift 15c, der nach oben von einer Oberseite der
selben vorragt und ein zylindrisches Loch 15d, das in einer Unterseite des
Blocks ausgebildet ist. Wenn die Wärmetauscherbauteile 11 gestapelt sind,
dann ist der zylindrische Stift 15c jedes der Blöcke 15a eines unteren
Wärmetauscherbauteils 11 in das zylindrische Loch 15d eines der Blöcke 15a
eines oberen Wärmetauscherbauteils 11 eingepasst. Daher dienen die
zylindrischen Stifte 15c und die zylindrischen Locher 15d gemeinsam zur
Positionierung des Wärmetauscherbauteils 11 bezüglich zueinander, und zwar in einem
hermetisch abgedichteten Eingriff.
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Gemäß Fig. 10 ist das Wärmetauscherlelement 10 in einer
Wärmetauschereinheit zusammengebaut, die ein oberes Wandelement 7, ein unteres
Wandelement 8 und eine Trennwand 9 besitzt, die zwischen den oberen und
unteren Wandelementen 7, 8 angeordnet ist. Die oberen und unteren
Wandelemente 7, 8 und die Trennwand 9 definieren gemeinsam obere und untere
Fluid-Durchlässe 7A, 8A. Das Wärmetauscherelement 10 ist zwischen den
oberen und unteren Wandelementen 7, 8 über die Trennwand 9 hinweg
positioniert, und zwar quer zu den oberen und unteren Fluid-Durchlässen 7A, 8A,
wobei sich die Fluid-Durchlässe 16 in den abwechselnden Lagen in einer sich
diagonal kreuzenden Beziehung zwischen den oberen und unteren Fluid-
Durchlässen 7A, 8A erstrecken. Aussenluft, die von dem unteren Fluid-
Durchlass 8A strömt, wird durch das Wärmeaustauschelement 10 und den
oberen Fluid-Durchlass 7A in einen Raum eingefüllt und Innenluft strömt aus
dem Raum durch den unteren Fluid-Durchlass 8A in das
Wärmetauscherelement 10 und dann durch den oberen Fluid-Durchlass 7A in die Umgebung
bzw. die Atmosphäre ausserhalb des Raums.
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Da das zylindrische Wärmetauscherelement 10 in die Wärmetauschereinheit
eingebaut ist, besitzt der Totraum, der in Fig. 10 gestrichelt dargestellt ist, der
um das Wärmetauscherelement 10 herum innerhalb der
Wärmetauschereinheit erzeugt wird und nicht zu dem Wärmeaustausch-Vorgang in der
Wärmetauschereinheit beiträgt, einen relativ geringen Anteil innerhalb des
Einbauraums. In Folge dessen wird der Einbauraum zum Installieren des
Wärmetauscherelements 10 in der Wärmetauschereinheit effektiv genutzt, so dass die
Größe und das Gewicht der Wärmetauschereinheit reduziert werden kann.
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Das zylindrische Wärmetauscherelement 10 besitzt eine Wärmetransferfläche
bzw. eine Wärmeaustauschfläche, die ungefähr 1,5 bis 1,6 Mal der
Wärmetransferfläche des Wärmetauscherelements 1 entspricht, das eine
rechteckige, transversale Querschnittsform besitzt, wie in Fig. 4 gezeigt ist.
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Jeder der Fluid-Durchlässe 16 wird definiert durch ein Paar von benachbarten
Rippen 13 und einem Paar oberer und unterer Wärmetauscherplatten 11 und
besitzt Einlass- und Auslassanschlüsse, die zwischen den Rippen 13 und den
Endwänden 15 der oberen und unteren Wärmetauscherplatten 11 definiert
sind.
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Insbesondere besitzen die Endwände 15, die an dem Einlassanschluss des
Fluid-Durchlasses 16 positioniert sind, entsprechende runde, gebogene
Oberflächen 15e und die Endwände 15, die an dem Auslassanschluss des Fluid-
Durchlasses 16 positioniert sind, besitzen entsprechende, sich verjüngende,
gebogene Oberflächen 15f, wie in Fig. 9 gezeigt ist.
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Wie in Fig. 11 gezeigt ist, besitzt jede der Rippen 13 ein glattes, rundes,
gebogenes Ende 13a, das an dem Einlassanschluss des Fluid-Durchlasses 16
positioniert ist und ein glattes, sich verjüngendes, gebogenes Ende 13b, das
an dem Auslassanschluss des Fluid-Durchlassses 16 positioniert ist. Das
runde, gebogene Ende 13a und das sich verjüngende, gebogene Ende 13b
sollten vorzugsweise Oberflächen besitzen, die durch eine Quadrat-Funktion
definiert sind, und zwar zum Minimieren eines Druckverlustes, der durch die
gebogenen Enden 13a, 13b bewirkt wird.
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In Folge der gebogenen Oberflächen 15e, 15f und der gebogenen Enden 13a,
13b ist jeder der Einlass- und Auslassanschlüsse von jedem der Fluid-
Durchlässe 16 vertikal und horizontal ausgebreitet, um jeglichen, hierdurch
bewirkten Druckverlust zu reduzieren, um der Luft zu erlauben, glatt bzw.
gleichmäßig in den Fluid-Durchlass 16 hinein und aus diesem heraus zu
strömen. Wärme wird zwischen der Luft ausgetauscht, die in den Raum
eingeführt wird und der Luft, die aus dem Raum ausgestoßen wird, während sie
durch die Fluid-Durchlässe 16 strömen.
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Wie in Fig. 11 gezeigt ist, besitzt jede der Rippen 13 eine Vielzahl von Paaren
von pfeilförmigen Zähnen 17, die integral seitlich von entgegengesetzten
Seiten der Rippen vorragen. Die Paare von pfeilförmigen Zähnen 17 sind mit
einem Abstand oder Intervall von beispielsweise 2-40 mm beabstandet, und
zwar längs entlang der Rippe 13 und die pfeilförmigen Zähne 17 in jedem
Paar sind quer über die Rippe 13 hinweg und miteinander ausgerichtet.
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Wie teilweise in den Fig. 12 und 13 dargestellt ist, besitzt jede der
Wärmetauscherplatten 12 eine Vielzahl von kreisförmigen Ansätzen bzw. Vorsprüngen
18, die in einem abwechselnden bzw. gestuften Muster angeordnet sind, und
die gleichmäßig mit einem Abstand oder Intervall von beispielsweise 2-40 mm
beabstandet sind. Die kreisförmigen Ansätze 18 ragen nach oben aus einer
Oberseite der Wärmetauscherplatte 12 hervor, und zwar mit einem Abstand,
der beispielsweise in einem Bereich von 0,1-1,5 mm liegt.
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Die kreisförmigen Ansätze bzw. Vorsprünge 18 können ausgebildet werden
durch Pressen bzw. Stanzen jeder der Wärmetauscherplatten 12 mit einer
Form mit komplementären Ansätzen bzw. Vorsprüngen. Die kreisförmigen
Vorsprünge bzw. Ansätze 18 können jedoch auch an den
Wärmetauscherplatten 12 ausgebildet werden, wenn die Wärmetauscherbauteile 11 integral
aus Synthetikharz geformt bzw. gegossen werden.
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Wenn das Wärmetauscherlelement 10 verwendet wird, stören die
pfeilförmigen Zähne 17 der Rippen 13 positiv die Luftströmung durch die Fluid-
Durchlässe 16, um hierdurch horizontale, turbulente Wirbel darin zu erzeugen
und die kreisförmigen Vorsprünge bzw. Ansätze 18 der Wärmetauscherplatten
12 stören positiv die Luftströmung durch die Fluid-Durchlässe 16, um
hierdurch vertikale, turbulente Wirbel darin zu erzeugen, wie in Fig. 14 dargestellt
ist. Diese turbulenten Wirbel bewirken einen Anstieg der Wärmeaustausch-
Effizienz mit der Wärme zwischen den einströmenden und ausströmenden
Luftströmungen in dem Wärmetauscherelement 10 übertragen wird.
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Wie in Fig. 15 dargestellt ist, kann jede der Rippen 13 eine Vielzahl von längs
gestuften bzw. beabstandeten Zähnen 17 besitzen, die mit einem Intervall
entlang der Rippe 13 beabstandet sind. Die Zähne 17 an den
entgegengesetzten Seiten der Rippe 13 sind nicht miteinander ausgerichtet. Die längs
gestuften bzw. beabstandeten Zähne 17 reduzieren die Entwicklung von Wirbeln
in den Luftströmungen durch die Fluid-Durchlässe 16, um hierdurch
jeglichen Druckverlust, der in den Luftströmungen bewirkt wird, zu reduzieren.
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Jeder der Zähne 17 kann irgend eine gewünschte Querschnittsform, wie
beispielsweise eine halbkreisförmige Form, eine Dreieckform, eine rechteckige
Form, eine zylindrische Form oder eine konische Form besitzen oder kann die
Form irgendeiner Form annehmen, wie zum Beispiel ein dreieckiges Prisma,
eine dreieckige Pyramide, ein rechteckiges Prisma, eine rechteckige
Pyramide, eine Flügelform, usw.
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Wie in Fig. 16 gezeigt ist, kann jede der Wärmetauscherplatten 12 eine
Vielzahl von kreisförmigen Ansätzen bzw. Vorsprüngen 18 besitzen, die in einem
Gittermuster angeordnet sind. Wie in den Fig. 17 und 18 dargestellt ist, kann
jede der Wärmetauscherplatten 12 eine Vielzahl von kreisförmigen
Vorsprüngen bzw. Ansätzen 18 besitzen und eine Vielzahl von kreisförmigen
Ausnehmungen 19, die in einem gestuften bzw. sich abwechselnden Muster
angeordnet sind, und die Ansätze 18 und Ausnehmungen 19 können sich in
diagonalen Richtungen abwechseln. Die Ansätze 18 und die Ausnehmungen 19
bewirken die Erzeugung von Wirbeln entlang oberer und unterer Oberflächen
der Fluid-Durchlässe 16, wie in Fig. 19 dargestellt ist. Wie in Fig. 20
dargestellt ist, kann jeder der Ansätze bzw. Vorsprünge 18 einen Körper 20 aus
einem Heissschmelz-Synthetikharz aufweisen, der in einem geschmolzenen
Zustand auf eine Oberseite der Wärmetauscherplatte 12 getropft wurde.
Alternativ kann, wie in Fig. 21 gezeigt ist, jeder der Ansätze bzw. Vorsprünge
18 einen partikelförmigen Festkörper 21 aufweisen, der durch einen Kleber an
einer Oberseite der Wärmetauscherplatte 2 geklebt bzw. gebondet ist.
Die Höhe, das Muster, die Kombination und/oder Form der Ansätze bzw.
Vorsprünge 18, der Ausnehmungen 19 und der Zähne 17 kann wie gewünscht
verändert werden, um den Druckverlust und die Wärmeaustausch-Effizienz
des Wärmetauscherelements 10 zu variieren.