EP0449783B1 - Wärmetauscher, insbesondere für Lüftungsanlagen - Google Patents

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EP0449783B1
EP0449783B1 EP91810214A EP91810214A EP0449783B1 EP 0449783 B1 EP0449783 B1 EP 0449783B1 EP 91810214 A EP91810214 A EP 91810214A EP 91810214 A EP91810214 A EP 91810214A EP 0449783 B1 EP0449783 B1 EP 0449783B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
heat exchanger
folded
flow
exchanger according
planar elements
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP91810214A
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English (en)
French (fr)
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EP0449783A2 (de
EP0449783A3 (en
Inventor
Friedrich Bachofen
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Polybloc AG
Original Assignee
Polybloc AG
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Publication date
Application filed by Polybloc AG filed Critical Polybloc AG
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Publication of EP0449783A3 publication Critical patent/EP0449783A3/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0449783B1 publication Critical patent/EP0449783B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D9/00—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D9/0031—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by paired plates touching each other
    • F28D9/0037—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by paired plates touching each other the conduits for the other heat-exchange medium also being formed by paired plates touching each other

Definitions

  • the invention relates to a heat exchanger, in particular for ventilation systems, consisting of surface elements of identical shape which are stacked at a distance from one another by means of inserted or molded spacers and which are bent twice, in each case rotated by 90 ° relative to one another, to form flow cross sections, and the bent legs encompass the closest surface element, three of these surface elements each forming two adjacent flow channels with flow directions crossing at right angles and being formed into longitudinal folds at least on the inlet sides of the media streams.
  • Cross-flow heat exchangers are known for the heat transfer between two flow media. If the flow media are vapors or gases, larger exchange surfaces are required due to the significantly lower heat capacity and conductivity, especially with gases compared to liquids. For example, air must compensate for its low thermal conductivity in thin layers between the exchange surfaces if good heat transfer is to be achieved. In addition, a material with a small thermal capacity and high thermal conductivity is advantageous for the exchange surfaces.
  • heat exchangers for ventilation systems in industry are impaired by other factors. For example, air supplied to heat exchangers often contains vaporous or solid substances that condense or deposit on the exchange surfaces. The efficiency of the heat exchanger is considerably reduced by an ever increasing insulating coating. Periodic cleaning of the heat exchanger is required, which is very time-consuming and costly for stubborn deposits.
  • cross-flow heat exchangers which consist of foils or thin strips and can be replaced at high cost without great expense.
  • EP-A2 0167993 describes a heat exchanger constructed from plates, which plates are kept at a distance from one another by spacers.
  • the edge sections of two adjacent plates are bent towards one another and closed a double edge section put together. This flanging is folded into a sealing connection, which allows the flow resistance to be reduced.
  • the bent parts of the double edge section lie at least over one part of the width of the fold connection on both sides of the inner part in two layers one above the other.
  • the edge areas must therefore be cut out and poured out in accordance with FR-A 2449261 (FIGS. 1 and 3), which is unsatisfactory in particular from an economic and design point of view.
  • the inventor has therefore set himself the task of creating a heat exchanger of the type mentioned at the outset, which has a high degree of efficiency with a lower pressure drop and which offers no problems in the edge region, more robust Has visible edges and is economical to manufacture.
  • the difference between the present invention and the known prior art is e.g. can be seen particularly well from FIG. 1 of FR, A, 2317617.
  • the inflow surfaces which are formed over their entire length (there designated with lamellae 10), oppose the media flow with great resistance, the bent edges are formed everywhere in a simple layer density and are therefore sensitive to mechanical impacts. According to the present application, however, the inflow surfaces, apart from the two outer regions, are folded in to form a longitudinal fold. Obviously, this means a multiple reinforcement against mechanical shocks and a significant reduction in flow resistance.
  • the areas of the outlet side that are once bent at right angles are also expediently referred to, instead of outflow cross sections; folded;
  • the heat exchanger can therefore be used universally at low additional costs because the inlets and outlets can be interchanged.
  • This diffuser in- and spouts allow extremely low pressure losses because the media can flow in or out in a laminar manner.
  • heat exchangers can be assembled in parallel and / or in series to form larger, more powerful units.
  • heat exchangers assembled in series preferably only the inlet and possibly the outlet of the last element have a fold, while the adjacent inner surfaces can remain unfolded.
  • the inflow cross-section preferably takes place on the inlet side or on the inlet and outlet side in such a way that the longitudinal fold comprises a flap folded inwards.
  • the inlets, together with the adjacent surface element, are reinforced at least five times. This minimizes the risk of damage during transport and installation of heat exchangers.
  • the flow cross sections In the edge regions formed vertically to the surface elements, which are in no way cut out according to the present invention, the flow cross sections always remain unfolded.
  • the width of the unfolded inflow cross section corresponds at most to twice the distance between the surface elements, and preferably the width of the unfolded inflow cross section corresponds approximately to the distance between the surface elements. This width depends, among other things, on the thickness, hardness and the material of the surface elements used.
  • the edge running vertically to the surface elements must not be kinked or otherwise damaged when folded.
  • the spacers primarily perform a support function which prevents the surface elements from swinging and bending at different pressures of the flow media.
  • the exchange surface is further enlarged by the spacers.
  • the spacers are formed from the surface elements, for example as beads, nubs, warts or the like running in the flow direction.
  • the shaping can be carried out using various methods known per se, for example by means of deep drawing.
  • the spacers are corrugated strips inserted into the flow channels and open in the flow direction.
  • the functions remain unchanged. All known cross sections of corrugated strips are suitable, for example sinusoidal, sawtooth-like, rectangular or trapezoidal.
  • the corrugated strips are preferably inserted in at least one longitudinal fold reducing the flow cross section and are tightly clamped there.
  • a fold with an inwardly folded flap becomes at least six parts, the mechanical stability against damage is further improved.
  • the corrugated strips are expediently clamped on both sides.
  • the corrugated strips are preferably shortened compared to the surface elements or the external dimensions of the heat exchanger.
  • the corrugated strips inserted into the heat exchanger do not extend to the folds, but are shortened, for example, by 1 to 3 cm on both sides, they essentially extend over the area of parallel surface elements.
  • the inserted corrugated strips can be formed in one piece, with continuous wave crests and wave troughs. This embodiment is particularly useful for heavily contaminated flow media.
  • the performance of the heat exchanger can be improved by staggering the wave crests and troughs one or more times. These dislocations can be varied both in number and in degree of dislocation. The greater the number of dislocations and the higher the degree of dislocation, the higher the performance for a given heat exchanger surface. On the other hand, however, because of the dislocations, the tendency for dirt deposits increases with performance. Depending on the degree of contamination of the flow media, a heat exchanger with appropriate corrugated tape is appropriate.
  • At least the inside of the fold can be filled with an adhesive or putty. This increases the tightness of the heat exchanger, its stability and the mechanical resistance of the edges. On the other hand, however, increased work and material costs have to be accepted, which can increase the production costs to a noticeable extent.
  • the outside of the inlaid fold can also be filled and coated with an adhesive or putty, which further enhances the advantages mentioned in the previous paragraph.
  • the surface elements and also the corrugated strips preferably consist of a 0.05-0.25 mm thick metal strip, for example strip steel, a hard aluminum alloy, brass or copper.
  • the metallic surface elements can be coated with a thin protective layer, which, however, conducts heat well and should have a low heat capacity.
  • the surface elements can for example painted or coated with an oxide layer in the case of aluminum.
  • surface elements and corrugated strips made of a plastic are also suitable, but because of the relatively low thermal conductivity, they are less suitable than the corresponding metallic components.
  • the heat exchanger is preferably designed for a maximum pressure difference of 1 m water column (10,000 Pa, 0.1 bar).
  • the heat exchanger 10 shown in FIG. 1 is arranged in an open housing with two covers 12 and four edge-covering angle profiles 14.
  • the lids bent in a U-shape in the edge area and the angle profiles 14 give the heat exchanger protection against deformation and mechanical damage and allow the heat exchanger to be fastened to a support and / or the heat exchangers to be connected to one another in parallel or in series.
  • the actual heat exchanger 10 consists of surface elements 16 stacked one on top of the other, which form the partitions or partitions. These surface elements consist in the present case of hard aluminum strips with a thickness of 0.1 mm, which are folded twice on two opposite sides and form a folded leg 16 '(Fig. 4). With regard to the stacking to form crosswise flow spaces, reference is also made to the already mentioned CH-A5 610 648.
  • Corrugated strips 18 are inserted between the surface elements 16, which support the surface elements 16 and improve the heat exchange.
  • the corrugated strips 18 are inserted alternately through 90 ° into the flow channels 34, 36.
  • air shown by an arrow can emit heat to air flowing in flow direction 22 shown by another arrow when flowing in flow direction 20 through heat exchanger 10.
  • This cross-flow heat exchanger has large exchange surfaces, formed from the surface elements 16 and the corrugated strips 18.
  • the originally flat inflow cross sections in the visible area are compressed by folding into a longitudinal fold 24, as a result of which a diffuser inlet is formed. This does not change the outer dimensions of the heat exchanger.
  • Fig. 2 the longitudinal fold 24 is shown greatly enlarged.
  • the part of the surface element 16 which was originally folded and forms the flow cross-section 30 (FIG. 3) is designed as a flap 26 which is folded inwards.
  • An adjacent surface element 16 and a corrugated strip 18 are clamped between this tab and the outer parts of the surface element 16.
  • the longitudinal fold 24 formed in this way is designed as a sixfold layer, which means solid protection against mechanical damage.
  • the edge 28 shown in FIG. 3 and extending vertically to the surface elements 16 is essentially formed by the surface elements 16 stacked on top of one another once at right angles. These surfaces form the flow cross-sections 30, which can be seen partly from the front and partly in section.
  • the height of the inflow cross sections 30, corresponding to the distance between the surface elements 16, is denoted by a, the unfolded width of which is denoted by b.
  • a and b are approximately the same size.
  • the inlet between the longitudinal folds 24 has been significantly enlarged.
  • Dashed lines indicate a surface element 16 rotated by 90 °, which likewise comprises a fold 24.
  • FIG. 4 shows a further variant of a fold 24 with a flap 26 folded inwards.
  • the folded and folded surface element 16 is supported by a sawtooth-shaped corrugated strip 18 which is fastened in the fold 24 in a sealing manner by means of a cement compound.
  • An adjacent surface element 16N is inserted into the fold on the same side of the flap 26.
  • FIG. 2 differs in that it is trapezoidal there and is not guided into the fold 24.
  • the hardening putty 32 is also inserted into the fold 24 from the outside. It has no sealing function, but forms an additional strengthening and further improved protection of the fold 24 against external mechanical influences.
  • the corrugated strip 18 partially shown in FIG. 5 has lateral dislocations which have a length L. As a result, turbulence is increasingly generated on both sides of the corrugated strip 18 of a trapezoidal basic structure, which increases the efficiency of the heat exchanger.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, insbesondere für Lüftungsanlagen, aus mittels eingelegter oder ausgeformter Distanzhalter in Abstand aufeinander gestapelten, formgleichen Flächenelementen, welche zur Bildung von Anströmungsquerschnitten auf den einander gegenüberliegenden Seiten zweimal, jeweils um 90° zueinander gedreht, abgekantet sind, und die abgekanteten Schenkel das nächstliegende Flächenelement umgreifen, wobei jeweils drei dieser Flächenelemente zwei benachbarte Strömungskanäle mit sich rechtwinklig kreuzenden Strömungsrichtungen bilden und wenigstens an den Einlaufseiten der Medienströme zu Längsfalzen ausgebildet sind.
  • Für die Wärmeübertragung zwischen zwei Strömungsmedien sind Kreuzstrom-Wärmetauscher bekannt. Sind die Strömungsmedien Dämpfe oder Gase, so sind infolge der insbesondere bei Gasen gegenüber Flüssigkeiten wesentlich geringeren Wärmekapazität und -leitfähigkeit grössere Austauschflächen erforderlich. So muss beispielsweise Luft zur Kompensation ihrer geringen Wärmeleitfähigkeit in dünnen Schichten zwischen den Austauschflächen strömen, wenn eine gute Wärmeübertragung erzielt werden soll. Zudem ist für die Austauschflächen ein Material mit kleiner Wärmekapazität und hoher Wärmeleitfähigkeit vorteilhaft.
  • Der Einsatz bekannter Wärmetauscher für Lüftungsanlagen in der Industrie wird durch weitere Faktoren beeinträchtigt. So enthält z.B. Wärmetauschern zugeführte Luft oft dampfförmige oder feste Stoffe, welche an den Austauschflächen kondensieren bzw. sich ablagern. Durch einen sich immer stärker ausbildenden isolierenden Belag wird der Wirkungsgrad des Wärmetauschers erheblich vermindert. Eine periodische Reinigung des Wärmetauschers ist erforderlich, was bei hartnäckigem Belag einen hohen Zeit- und Kostenaufwand verursacht.
  • Es sind deshalb Kreuzstrom-Wärmetauscher vorgeschlagen worden, welche aus Folien oder Dünnbändern bestehen und bei starker Verschmutzung ohne grossen Kostenaufwand ausgewechselt werden können.
  • So wird in der CH-A5 610 648 ein insbesondere für Lüftungsanlagen geeigneter Wärmetauscher beschrieben, welcher aus einzelnen Lagen, die aus wellenförmigen Elementen bestehen und durch Zwischenwände voneinander getrennt sind, aufgestapelt ist. Die Herstellung des Wärmetauschers ist dadurch vereinfacht, dass die Abdichtung der einzelnen, alternierend kreuzweise zueinander verlaufenden Strömungswege durch auf zwei gegenüberliegenden Seiten die wellenförmigen Elemente überragende Enden der Zwischenwände erfolgt. Die Enden umgreifen die nächste Lage wellenförmiger Elemente und die darauf folgende Zwischenwand. Die umgreifenden Enden werden der dann folgenden, also der übernächsten Lage der wellenförmigen Elemente gegen die von ihnen überlappte, benachbarte Zwischenwand gepresst, wodurch eine ausreichende Abdichtung zwischen zwei benachbarten Lagen wellenförmiger Elemente erreicht wird. Neben den gegenüber bekannten Ausführungsformen erzielten Vorteilen müssen jedoch bei Wärmetauschern nach der CH-A5 610648 auch Nachteile in Kauf genommen werden:
    • Die zweifach rechtwinklig abgekanteten Enden bilden rechteckige Strömungsquerschnitte, die am Einlauf dem einströmenden Medium einen grossen Widerstand entgegensetzen. Sie haben einen hohen zeta-Wert.
    • Die bei Transport und Montage exponierten Sichtkanten sind beschädigungsempfindlich.
    • Die Abdichtung der sich kreuzenden Medienströme ist mangelhaft.
  • Die EP-A2 0167993 beschreibt einen aus Platten aufgebauten Wärmetauscher, welche Platten durch Distanzstücke in Abstand voneinander gehalten werden. Die Randabschnitte zweier benachbarter Platten sind aufeinandergebogen und zu einem Doppelrandabschnitt aneinandergelegt. Diese Bördelung ist zu einer dichtenden Verbindung zusammengefalzt, was eine Erniedrigung des Strömungswiderstandes erlaubt. Die abgebogenen Teile des Doppelrandabschnittes liegen wenigstens über einen Teil der Breite der Falzverbindung auf beiden Seiten des inneren Teils in zwei Lagen übereinander. Es wird nichts gesagt, wie der Kantenbereich mit den versetzten Bördelungen ausgebildet ist. Also müssen die Kantenbereiche entsprechend FR-A 2449261 (Fig. 1 und 3) ausgeschnitten und ausgegossen werden, was insbesondere in wirtschaftlicher und konstruktiver Hinsicht unbefriedigend ist.
  • Der Erfinder hat sich deshalb die Aufgabe gestellt, einen Wärmetauscher der eingangs genannten Art zu schaffen, welcher bei geringerem Druckverlust einen hohen Wirkungsgrad aufweist, im Kantenbereich keine Probleme bietet, robustere Sichtkanten aufweist und wirtschaftlich herzustellen ist.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäss nach dem Kennzeichen von Patentanspruch 1 gelöst. Spezielle und weiterbildende Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand von abhängigen Ansprüchen.
  • Die erfindungsgemässe Ausbildung des Längsfalzes in den Anströmungsquerschnitten mit dem/den eingeklemmten Flächenelement/en ist nicht mit der Ausbildung der gefalteten Kantenbereiche des Wärmetauschers zu verwechseln, welche Gegenstand von zahlreichen Veröffentlichungen ist.
  • Der Unterschied der vorliegenden Erfindung zum bekannten Stand der Technik ist z.B. besonders gut aus Fig. 1 der FR,A, 2317617 ersichtlich. Die über ihre ganze Länge vollflächig ausgebildeten Anströmflächen (dort mit Lamellen 10 bezeichnet) setzen dem Medienstrom grossen Widerstand entgegen, die umgebogenen Kanten sind überall in einfacher Schichtdichte ausgebildet und daher gegen mechanische Stösse empfindlich. Nach der vorliegenden Anmeldung dagegen sind die Anströmflächen, abgesehen von den beiden äusseren Bereichen unter Bildung eines Längsfalzes eingefaltet. Dies bedeutet offensichtlich eine mehrfache Verstärkung gegen mechanische Stösse und eine Herabsetzung des Strömungswiderstandes in bedeutendem Ausmass.
  • Zweckmässig werden auch die einmal rechtwinklig abgekanteten Flächen der Auslaufseite, statt An- auch Ausströmungsquerschnitte genannt; eingefaltet; der Wärmetauscher wird dadurch mit geringen Mehrkosten universell verwendbar, weil Ein- und Ausläufe vertauscht werden können. Diese Diffusor-Ein- und Ausläufe erlauben äusserst geringe Druckverluste, weil die Medien laminar ein- bzw. ausströmen können.
  • Mehrere Wärmetauscher können parallel und/oder in Serie zu grösseren, leistungsfähigeren Einheiten zusammengebaut werden. Bei in Serie zusammengebauten Wärmetauschern weist vorzugsweise nur der Einlauf und allenfalls der Auslauf des letzten Elements eine Faltung auf, während die aneinanderliegenden inneren Flächen ungefaltet bleiben können.
  • Bevorzugt erfolgt die Einfaltung aus dem Anströmungsquerschnitt auf der Einlaufseite oder auf der Einlauf- und Auslaufseite so, dass der Längsfalz einen nach innen umgelegten Lappen umfasst. So sind die Einläufe, zusammen mit dem benachbarten Flächenelement wenigstens fünffach verstärkt. Damit wird das Beschädigungsrisiko beim Transport und Einbau von Wärmetauschern auf ein Minimum erniedrigt.
  • In den vertikal zu den Flächenelementen ausgebildeten Kantenbereichen, welche nach der vorliegenden Erfindung auf keinen Fall ausgeschnitten werden, bleiben die Anströmungsquerschnitte stets ungefaltet. Die Breite des ungefalteten Anströmungsquerschnitts entspricht in der Praxis höchstens dem doppelten Abstand der Flächenelemente, vorzugsweise entspricht die Breite des ungefalteten Anströmungsquerschnitts etwa dem Abstand der Flächenelemente. Diese Breite ist unter anderem abhängig von der Dicke, Härte und dem Material der eingesetzten Flächenelemente. Die vertikal zu den Flächenelementen verlaufende Kante darf beim Einfalten nicht geknickt oder sonstwie beschädigt werden.
  • Es ist durchaus möglich, aus einem Anströmungsquerschnitt mehr als einen Lappen einzufalten, dies ist jedoch in der Praxis meist weniger günstig als ein Lappen. Zum einen ist das Falten an sich komplizierter, zum andern bleibt der Anströmungswiderstand grösser, ohne dass besondere vorteilhafte Effekte erzielt werden können.
  • Die Distanzhalter üben, wie dies aus der Bezeichnung zum Ausdruck kommt, in erster Linie eine Stützfunktion aus, welche ein Schwingen und bei unterschiedlichen Drücken der Strömungsmedien ein Verbiegen der Flächenelemente verhindern. Weiter wird durch die Distanzhalter die Austauschfläche vergrössert.
  • Nach einer ersten Variante sind die Distanzhalter aus den Flächenelementen ausgeformt, beispielsweise als in Strömungsrichtung verlaufende Sicken, Noppen, Warzen oder dgl. Die Ausformung kann nach verschiedenen, an sich bekannten Verfahren erfolgen, beispielsweise mittels Tiefziehens.
  • Nach einer zweiten Variante sind die Distanzhalter in die Strömungskanäle eingelegte, in Strömungsrichtung offene Wellbänder. Die Funktionen beiben unverändert. Es sind alle bekannten Querschnitte von Wellbändern geeignet, beispielsweise sinusförmig, sägezahnartig, rechteckig oder trapezförmig.
  • Die Wellbänder sind bevorzugt in wenigstens einen den Anströmungsquerschnitt vermindernden Längsfalz eingelegt und dort dichtend festgeklemmt. So wird ein Falz mit einem nach innen umgelegten Lappen wenigstens sechsteilig, die mechanische Stabilität gegen eine Beschädigung wird damit weiter verbessert. Bei beidseitig ausgebildeten Falzen werden die Wellbänder zweckmässig beidseitig eingeklemmt.
  • In bezug auf die Längsrichtung der Wellenberge und -täler sind die Wellbänder gegenüber den Flächenelementen bzw. den Aussenmassen des Wärmetauschers vorzugsweise verkürzt ausgebildet. Mit andern Worten reichen die in den Wärmetauscher eingelegten Wellbänder nicht bis zu den Falzen, sondern sind beidseits beispielsweise 1 bis 3 cm verkürzt, sie erstrecken sich im wesentlichen über den Bereich paralleler Flächenelemente.
  • Die eingelegten Wellbänder können einstückig ausgebildet sein, mit durchlaufenden Wellenbergen und Wellentälern. Diese Ausführungsform ist insbesondere für stark verschmutzte Strömungsmedien zweckmässig.
  • Die Leistung des Wärmetauschers kann verbessert werden, indem die Wellenberge und -täler ein oder mehrmals versetzt sind. Diese Versetzungen können sowohl in bezug auf die Anzahl als auch in bezug auf den Versetzungsgrad variiert werden. Je grösser die Anzahl von Versetzungen und je höher der Versetzungsgrad sind, desto höher ist die Leistung bei einer gegebenen Wärmetauscheroberfläche. Andrerseits steigt jedoch wegen der Versetzungen die Tendenz für Schmutzablagerungen mit der Leistung. Je nach dem Verschmutzungsgrad der Strömungsmedien ist ein Wärmetauscher mit entsprechendem Wellband zweckmässig.
  • Wenigstens die Innenseite des Falzes kann mit einer Klebe- oder Kittmasse gefüllt sein. Damit wird die Dichtigkeit des Wärmetauschers, dessen Stabilität und die mechanische Widerstandsfähigkeit der Kanten erhöht. Andrerseits muss jedoch ein erhöhter Arbeits- und Materialaufwand in Kauf genommen werden, was die Gestehungskosten in spürbarem Ausmass erhöhen kann.
  • Auch die Aussenseite der nach innen eingelegten Faltung kann mit einer Klebe- oder einer Kittmasse gefüllt und überzogen werden, womit die im vorstehenden Absatz erwähnten Vorteile noch stärker ausgebildet sind.
  • Die Flächenelemente und auch die Wellbänder bestehen vorzugsweise aus einem 0,05 - 0,25 mm dicken Metallband, beispielsweise Bandstahl, einer harten Aluminiumlegierung, Messing oder Kupfer. Selbstverständlich können die metallischen Flächenelemente mit einer dünnen Schutzschicht überzogen sein, welche jedoch thermisch gut leiten und eine geringe Wärmekapazität haben sollte. Die Flächenelemente können beispielsweise lackiert oder im Fall von Aluminium mit einer Oxidschicht überzogen sein.
  • Im Prinzip eignen sich auch Flächenelemente und Wellbänder aus einem Kunststoff, welcher jedoch wegen des verhältnismässig niedrigen Wärmeleitfähigkeit weniger geeignet ist als die entsprechenden metallischen Bauteile.
  • Zusammengefasst liegen die Vorteile der vorliegenden Erfindung darin, dass der Wärmetauscher folgende Eigenschaften aufweist:
    • der stossempfindliche Bereich ist durch Um- und Einlegen mehrfach verstärkt (fünf- bis siebenfach)
    • Strömungsgünstiger Ein- und Auslauf
    • niedriger Druckverlust
    • hohe Leistung
    • keine oder geringe Verschmutzung
    • auch bei Kondensation horizontal verwendbar.
  • Der Wärmetauscher ist bevorzugt auf eine maximale Druckdifferenz von 1 m Wassersäule (10′000 Pa, 0,1 bar) ausgelegt.
  • Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele, welche auch Gegenstand von abhängigen Patentansprüchen sind, näher erläutert. Es zeigen schematisch:
    • Fig. 1   eine aufgeschnittene perspektivische Ansicht eines Wärmetauschers,
    • Fig. 2   die Vergrösserung eines endständigen Falzes im Bereich II von Fig. 1,
    • Fig. 3   eine Ansicht im Bereich einer Kante,
    • Fig. 4   eine Variante eines Falzes, und
    • Fig. 5   eine perspektivische Teilansicht eines Wellbandes mit Versetzungen.
  • Der in Fig. 1 dargestellte Wärmetauscher 10 ist in einem offenen Gehäuse mit zwei Deckeln 12 und vier kantenabdeckenden Winkelprofilen 14 angeordnet. Die im Randbereich U-förmig abgebogenen Deckel und die Winkelprofile 14 verleihen dem Wärmetauscher Schutz gegen Deformationen und mechanische Beschädigungen und erlauben, den Wärmetauscher an einem Träger zu befestigen und/oder die Wärmetauscher untereinander parallel oder in Serie zu verbinden.
  • Der eigentliche Wärmetauscher 10 besteht aus aufeinander gestapelten Flächenelementen 16, welche die Zwischen- oder Trennwände bilden. Diese Flächenelemente bestehen im vorliegenden Fall aus Hartaluminiumbändern einer Dicke von 0,1 mm, welche auf zwei gegenüberliegenden Seiten zweimal abgekantet sind und einen umgelegten Schenkel 16′ (Fig. 4) bilden. Bezüglich der Stapelung zur Bildung von kreuzweisn Strömungsräumen wird auch auf die bereits erwähnte CH-A5 610 648 verwiesen.
  • Zwischen den Flächenelementen 16 sind Wellbänder 18 eingelegt, welche die Flächenelemente 16 stützen und den Wärmeaustausch verbessern. Die Wellbänder 18 sind alternierend um 90° gedreht in die Strömungskanäle 34, 36 eingelegt. So kann beispielsweise durch einen Pfeil dargestellte Luft beim Fliessen in Strömungsrichtung 20 durch den Wärmetauscher 10 Wärme an durch einen weiteren Pfeil dargestellte, in Strömungsrichtung 22 fliessende Luft abgeben. Dieser Kreuzstrom-Wärmeaustauscher hat grosse Austauschflächen, gebildet aus den Flächenelementen 16 und den Wellbändern 18.
  • Auf den Eintrittsseiten E des Wärmetauschers 10 sind die ursprünglich ebenen Anströmquerschnitte im sichtbaren Bereich durch Einfalten zu einem Längsfalz 24 zusammengedrückt, wodurch ein Diffusor-Einlauf gebildet wird. Die äusseren Abmessungen des Wärmetauschers werden dadurch nicht verändert.
  • In Fig. 2 ist der Längsfalz 24 stark vergrössert dargestellt. Der ursprünglich abgekantete, den Anströmungsquerschnitt 30 (Fig. 3) bildende Teil des Flächenelements 16 ist als nach innen umgelegter Lappen 26 ausgebildet. Zwischen diesem Lappen und den aussenliegenden Teilen des Flächenelements 16 sind ein benachbartes Flächenelement 16 und ein Wellband 18 eingeklemmt. Der so gebildete Längsfalz 24 ist als sechsfache Schicht ausgebildet, was einen soliden Schutz gegen mechanische Schädigungen bedeutet.
  • Die in Fig. 3 gezeigte, vertikal zu den Flächenelementen 16 verlaufende Kante 28 wird im wesentlichen durch die einmal rechtwinklig abgekanteten Flächen aufeinander gestapelten Flächenelemente 16 gebildet. Diese Flächen bilden die Anströmungsquerschnitte 30, welche zum Teil von vorn, zum Teil im Schnitt erkennbar sind. Die Höhe der Anströmungsquerschnitte 30, entsprechend dem Abstand der Flächenelemente 16, ist mit a bezeichnet, deren ungefalzte Breite mit b. Im vorliegenden Beispiel sind a und b etwa gleich gross. Zwischen den Längsfalzen 24 ist der Einlauf bedeutend vergrössert worden.
  • Aus Fig. 3 ist auch ersichtlich, dass im Bereich der Kante 28 keine besonderen Massnahmen getroffen werden müssen, insbesondere muss dieser Kantenbereich nicht entfernt und durch eine Dichtmasse ersetzt werden.
  • Gestrichelt ist ein um 90° gedrehte Flächenelement 16 angedeutet, welches ebenfalls einen Falz 24 umfasst.
  • Fig. 4 zeigt eine weitere Variante eines Falzes 24 mit einem nach innen umgelegten Lappen 26. Das abgekantete und eingefaltete Flächenelement 16 ist gestützt durch ein sägezahnförmig ausgebildetes Wellband 18, welches im Falz 24 mittels einer Kittmasse dichtend befestigt ist. Auf der gleichen Seite des Lappens 26 in den Falz eingeführt ist das eine benachbarte Flächenelement 16N.
  • Auf der andern Seite des Lappens 26 ist der rechteckig ausgebildete, nach innen umgelegte Schenkel 16′ des nicht dargestellten, andern benachbarten Flächenelements eingefaltet. Damit wird ein siebenfacher Falz 24 gebildet.
  • Bezüglich des nach innen umgelegten Schenkels 16′ eines Flächenelements 16 unterscheidet sich Fig. 2 darin, dass dieser dort trapezförmig ausgebildet und nicht in den Falz 24 geführt ist.
  • Die aushärtende Kittmasse 32 ist ebenfalls von aussen in den Falz 24 eingeführt. Sie hat keine dichtende Funktion, bildet jedoch eine zusätzliche Verfestigung und einen weiter verbesserten Schutz des Falzes 24 gegen äussere mechanische Einwirkungen.
  • Das in Fig. 5 teilweise dargestellte Wellband 18 weist seitliche Versetzungen auf, welche eine Länge L haben. Dadurch werden beidseits des Wellbandes 18 trapezförmiger Grundstruktur vermehrt Turbulenzen erzeugt, was den Wirkungsgrad des Wärmetauschers erhöht.
  • Bei grossem L ist der Wirkungsgrad des Wärmetauschers weniger hoch, Schmutzablagerungen werden jedoch weitgehend verhindert. Bei einem kleinen L mit in kurzen Abständen ausgebildeten Versetzungen wird durch die erzeugten starken Turbulenzen ein sehr hoher Wirkungsgrad bewirkt.

Claims (10)

  1. Wärmetauscher, insbesondere für Lüftungsanlagen, aus mittels eingelegter oder ausgeformter Distanzhalter in Abstand (a) aufeinander gestapelten, formgleichen Flächenelementen (16), welche zur Bildung von Anströmungsquerschnitten (30) auf den einander gegenüberliegenden Seiten zweimal, jeweils um 90° zueinander gedreht, abgekantet sind, und die abgekanteten Schenkel (16′) das nächstliegende Flächenelement (16) umgreifen, wobei jeweils drei dieser Flächenelemente (16) zwei benachbarte Strömungskanäle (34, 36) mit sich rechtwinklig kreuzenden Strömungsrichtungen (20, 22) bilden und wenigstens an den Einlaufseiten (E) der Medienströme zu Längsfalzen (24) ausgebildet sind,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Flächenelemente (16) zweimal in gleicher Richtung abgekantet sind, die Anströmungsquerschnitte (30) bis auf die flach bleibenden Aussenbereiche zu den Längsfalzen (24) eingefaltet sind welche bis zur Einlaufseite (E) der Medienströme reichen, wobei jeweils das nächstliegende umgefalzte Flächenelement (16) dichtend im Längsfalz (24) eingeklemmt ist.
  2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsfalze (24) einen nach innen umgelegten, aus den Anströmungsquerschnitten (30) gebildeten Lappen (26) umfassen.
  3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anströmungsquerschnitte (30), ausgehend von den Kanten (28), auf einer Breite (b), welche höchstens dem doppelten Abstand (a), vorzugsweise etwa dem Abstand (a), der Flächenelemente (16) entspricht, ungefaltet bleibt.
  4. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass er in ein auf den Ein- (E) und Auslaufseiten offenes Gehäuse mit zwei Deckeln (12) und die im Bereich der Kanten (28) ungefalteten Anströmungsquerschnitte (30) abdeckenden Winkelprofile (14) eingebaut ist.
  5. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Distanzhalter als aus den Flächenelementen (16) ausgeformte, in Strömungsrichtung (20, 22) verlaufenden Sicken, Noppen, Warzen oder dgl. ausgebildet sind.
  6. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Distanzhalter in die Strömungskanäle (34, 36) eingelegte, in Strömungsrichtung (20, 22) verlaufend offene Wellbänder (18) sind.
  7. Wärmetauscher nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellbänder (18) in die Längsfalze (24) eingelegt und in Längsrichtung der Wellenberge und -täler gegenüber den Flächenelementen (16) vorzugsweise beidends verkürzt sind.
  8. Wärmetauscher nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellbänder (18) vorzugsweise in kurzen Abständen (L) versetzt sind.
  9. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die abgekanteten Schenkel (16′) der Flächenelemente (16) rechteckig ausgebildet und in längsfalze (24) eingefaltet oder trapezförmig zugeschnitten und nicht eingefaltet sind.
  10. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsfalze (24) wenigstens auf der Innenseite mit einer Klebe- oder Kittmasse (32) gefüllt sind.
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