EP2315993A2 - Wärmetauscher, verfahren zum betreiben des wärmetauschers und verwendung des wärmetauschers in einer klimaanlage - Google Patents

Wärmetauscher, verfahren zum betreiben des wärmetauschers und verwendung des wärmetauschers in einer klimaanlage

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EP2315993A2
EP2315993A2 EP09777581A EP09777581A EP2315993A2 EP 2315993 A2 EP2315993 A2 EP 2315993A2 EP 09777581 A EP09777581 A EP 09777581A EP 09777581 A EP09777581 A EP 09777581A EP 2315993 A2 EP2315993 A2 EP 2315993A2
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EP
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heat exchanger
fluid
capillary
capillary tube
exchanger according
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EP09777581A
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Donald Herbst
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Individual
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    • F28D5/00Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, using the cooling effect of natural or forced evaporation
    • F28D5/02Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, using the cooling effect of natural or forced evaporation in which the evaporating medium flows in a continuous film or trickles freely over the conduits
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F24FAIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
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    • F24F3/1411Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems characterised by the treatment of the air otherwise than by heating and cooling by humidification; by dehumidification by absorbing or adsorbing water, e.g. using an hygroscopic desiccant
    • F24F3/1417Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems characterised by the treatment of the air otherwise than by heating and cooling by humidification; by dehumidification by absorbing or adsorbing water, e.g. using an hygroscopic desiccant with liquid hygroscopic desiccants
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
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    • Y02B30/54Free-cooling systems

Definitions

  • Heat exchanger Method of operating the heat exchanger and use of the heat exchanger in an air conditioning system
  • the invention relates to a heat exchanger according to the preamble of claim 1, a method for operating this heat exchanger and a use of at least two of these heat exchangers in an air conditioning system.
  • Capillary tubes provide good conditions for use, for example, in air / water heat exchangers. They require relatively little and inexpensive material for their production and offer a relatively large outer surface for the heat transfer and thus a multiple higher heat transfer value, for example compared with plate heat exchangers. In addition, they are corrosion resistant to water and sorption solutions. Capillary tubes are flexible plastic tubes with an outer diameter of 0.5 to 5 mm. draws.
  • the capillary tubes are generally combined to form mats, the tubes being arranged at a distance of approximately 10 to 20 mm parallel to one another and having at one end a common stem for the inflow of water or another heating or cooling fluid and at the the other end are connected to a common stem for the return of the water or other heating or cooling fluid.
  • the capillary tubes are held by spacers in their mutual position. Such a mat is shown for example in DE 196 40 514 Al.
  • EP 0901 601 B1 discloses a heat exchanger with a capillary tube register, through which a fluid to be cooled or heated is passed.
  • the pipe register is sprinkled with water in cocurrent with the fluid and traversed by air in countercurrent to the fluid.
  • the spaces between the capillary tubes are at least partially filled with foam, whereby the heat exchange surface is increased.
  • One way of implementing this heat exchanger is to coat the capillary tubes themselves with a foam layer. It can the
  • Foam layer made of the same material as the capillary tube.
  • the amount of sorbent solution should be as low as possible, if possible not more than 5% and preferably not more than 1% of the amount of fluid flowing through the capillary tubes. This advertising However, te could not be achieved for a uniform wetting of the foam layer.
  • the capillary tube register consists of at least one tubular mat whose capillary tubes have a hydrophilic or water-spreading surface with a contact angle of less than 20 °, uniform wetting of the capillary tubes takes place even with a very small amount of water or sorption solution. Since the desired heat transfer between see the fluid and the air to take place, a heat absorption by the non-evaporated water or sorption solution is disturbing, since this represents a loss of heat. However, the larger the amount of water or sorption solution, the larger it is. Therefore, the quantitative ratio of water or sorption solution should flow through the capillary tubes. mendem fluid not more than 5%, preferably not more than 1%, without a uniform wetting of the capillary tubes is impaired.
  • the capillary tubes are preferably coated with a nonwoven fabric.
  • a nonwoven fabric made of glass fibers with a diameter of 0.1 to 0.5 mm has proved to be favorable for uniform wetting.
  • the plastics such as e.g. Polypropylene, from which the capillary tubes are made, usually have a low solid-state surface tension and are therefore difficult to wet by water or aqueous solutions. This results from the fact that they have no or only negligible few polar groups in their structure. Therefore, they are advantageously coated with water-spreading material to achieve good wettability. Wasserspreiten- of the plastic material is known for example from EP 0149182 Bl.
  • a bonding agent layer can be arranged between them.
  • Kapillarquer- tube ensure the mutual distance of the Kapillarlticiansrohre, also eliminates the spacers, it can be assumed that the cost of materials for the capillary transverse tube corresponds approximately to that for the spacers.
  • the formation of the mat with capillary longitudinal and transverse tubes also makes it possible to control the flow of the fluid in the mat by blocking the passage in individual capillary longitudinal and / or transverse tubes in the desired manner.
  • the mat can be provided with recesses both inside and on the edge or it can be set a meandering flow pattern in the mat. It is thereby also possible to design the supply and / or discharge line for the fluid at the respective ends of the capillary tubes shorter than the corresponding side of the mat so that the flow of the air to be cooled or heated is less impeded by the latter becomes.
  • the capillary tubes of the mat can be arranged such that the capillary longitudinal and the capillary transverse tubes extend at a right angle to each other.
  • both the capillary longitudinal and capillary transverse tubes are directly connected to the stems.
  • Fig. 5 is a capillary tube with each below
  • FIG. 6 shows an air heat exchanger with a plurality of parallel capillary tube mats
  • Fig. 7 is a schematic representation of an air conditioner.
  • Fig. 1 shows a capillary tube with crossing at a right angle, a hydrophilic or Water-spreading surface having Kapillarlteilsrohren 1 and transverse tubes 2, the interiors are connected at the intersection points in each case so that a flowing in the one capillary fluid can enter the other capillary tube.
  • the Kapillarlteilsrohre 1 are connected at its upper end together with a stem 3 for the supply of a fluid, preferably water, and at its lower end together with a trunk 4 for the discharge of the fluid.
  • the fluid thus moves in the direction indicated by the arrow 5 through the mat, but it flows not only through the Kapillarlticiansrohre, but also through the Kapillarquerrohre 2.
  • the capillary transverse tubes 2 have the same mutual distance as the capillary longitudinal tubes 1, their overall length is equal to that of the capillary longitudinal tubes 1, and thus the surface available for heat exchange is twice as large as in the case of a mat consisting solely of capillary longitudinal tubes. Accordingly, the efficiency is higher.
  • the Kapillarquerrohre 2 also ensure that the mutual distance of the Kapillarlticiansrohre 1 is not changed. Therefore, spacers are unnecessary.
  • the capillary tube mat in Fig. 1 contains an inner cutout 6, which is free of capillary tubes.
  • the opening at the cutout 6 capillary tubes are formed directly in front of these with Abklemmitch 7, so that no fluid escape from them, but can be redirected to an intersecting capillary tube.
  • the production of the latticed capillary tube mat is relatively simple. First, two half-shells each having the contour of half capillary produced and the two half-shells welded together.
  • the clamping of the capillary tubes can be carried out in a finished mat in such a way that the relevant capillary tube is compressed and welded by heat the compressed inner wall.
  • the capillary tube mat according to FIG. 2 corresponds to FIG.
  • the capillary tube mat according to FIG. 4 contains two barriers 9 which are obtained by clamping capillary longitudinal tubes 1 and extend from opposite edges of the mat over half their width in the direction of the capillary transverse tubes 2.
  • the flow path of the fluid is extended meandering. This may be useful if the ratio fluid / air is small, the flow rate of the fluid should not fall below a minimum value, otherwise the heat transfer between fluid and air decreases and the flow of the Fluids is uneven.
  • the capillary longitudinal tubes 1 and the Kapillarquerrohre 2 also cross each other at a right angle, but they each extend at an angle of 45 ° relative to the trunks 3, 4 and are each connected directly to these.
  • the fluid thus flows from the stem 3 directly into both the capillary longitudinal tubes 1 and into the capillary transverse tubes 2, so that they are supplied to the same extent herewith and only a small fluid exchange takes place between them.
  • it is ensured that the heat exchange capacity of the Kapillarlticiansrohre 1 and the Kapillarquerrohre 2 are equal to each other, whereby an optimal efficiency is achieved.
  • Fig. 6 shows the use of capillary tube mats, as shown for example in Figs. 1 to 5 are shown in an air / water heat exchanger.
  • the in the side view reproduced capillary tube mats 10 are arranged parallel to each other and vertically in a housing 11.
  • the respective trunks 3 of the individual mats are connected to a common supply line 12 for the water (fluid) and the respective trunks 4 of the mats 10 are connected to a common return line 13.
  • the air to be heated or cooled or to be humidified or dehumidified flows parallel to the Kapil larrohrmatten 10 in countercurrent to the water, ie from bottom to top, as indicated by the arrows 14, 15, through the housing 11th
  • the capillary tubes of the mats 10 have a hydrophilic or water-spreading surface with a contact angle of less than 20 °. This is supplied at the highest possible point of the respective mat 10 in the case of moistening water and in the case of dehumidifying a sorption solution, which consists for example of an aqueous lithium chloride solution.
  • the capillary tubes of the mats 10 are thereby uniformly wetted over their entire length with the water or the sorption solution.
  • a coating of non-woven fabric or a water-spreading material is provided on the capillary tubes.
  • the configuration of the capillary tube according to FIG. 5 is more suitable than that shown in FIGS. 1 to 4, since all capillary tubes are inclined to the same extent relative to the horizontal.
  • the sorbent solution decreases during the hunt At the capillary tubes of the mats 10 moisture from the opposite air and is passed with the absorbed water at the bottom of the mat 10 in a collection container. It can then be regenerated and returned to the mats. The heat generated by the condensation of the moisture contained in the air is transferred by heat exchange to the water in the capillary tubes and dissipated by this. Conversely, when air humidification for the evaporation of the
  • the highest efficiency is achieved when the so-called water count, i. the ratio of the temperature change of the air to the temperature change of the water, over the entire surface is the same.
  • This requirement does not present a problem in the dry cooling of air, because the specific heat of the air remains constant like that of the water.
  • the heat of condensation released can increase the specific heat capacity of the air to a multiple of the value of dry air, and more so at higher air temperatures than at low temperatures.
  • the residence time of the fluid (water) in the region of greater dehumidification can be prolonged by varying meandering, thereby keeping the water number for both media approximately constant.
  • FIG. 7 shows schematically an air conditioning system in which two heat exchangers according to FIG. 6 are used.
  • This air conditioning system extremely high heat recovery takes place, which eliminates the need for additional heating or cooling of the supply air, by switching one heat exchanger each as an enthalpy exchanger for the supply air and the exhaust air.
  • the supply air 16 is cooled and dehumidified in a first Enthalpieleyer 17.
  • the cooling water flows through both heat exchangers. It is heated in the register of the first enthalpy exchanger 17 during cooling and dehumidification of the supply air 16.
  • the cooling water is cooled again by the exhaust air 19 after it has been adiabatically cooled in an upstream humidifier to its dew point temperature. The exhaust air 19 is thereby heated and humidified and then led out of the building.
  • the coated capillary tubes are subjected to sorption solution, which diffuses downwards within the coating, being enriched with water formed by condensation of atmospheric moisture.

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Abstract

Bei einem Wärmetauscher mit einem Kapillarrohrregister, bei dem ein zu kühlendes und/oder zu erwärmendes Fluid durch Kapillarrohre (1,2) geführt wird und die Kapillarrohre (1,2) im Gleichstrom mit dem Fluid mit Wasser oder einer hygroskopischen Sorptionslösung benetzt und im Gegenstrom zum Fluid von Luft umströmt werden, besteht das Kapillarrohrregister aus zumindest einer Rohrmatte (10), deren Kapillarrohre (1, 2) eine hydrophile oder wasserspreitende Oberfläche mit einem Kontaktwinkel unter 20° aufweisen.

Description

Wärmetauscher, Verfahren zum Betreiben des Wärmetauschers und Verwendung des Wärmetauschers in einer Klimaanlage
Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, ein Verfahren zum Betreiben dieses Wärmetauschers sowie eine Verwendung von mindestens zwei dieser Wärmetauscher in einer Klimaanlage .
Kapillarrohre bieten gute Voraussetzungen für eine Verwendung beispielsweise in Luft/Wasser-Wärmetauschern. Sie benötigen relativ wenig sowie kostengünstiges Material zu ihrer Herstellung und bieten eine relativ große Außenfläche für den Wärmeübergang und damit einen mehrfach höheren Wärmeübergangswert z.B. im Vergleich mit Plattenwärmetauschern. Zudem sind sie korrosionsfest gegenüber Wasser und Sorptionslösungen. Als Kapillarrohre werden flexible Kunststoff- röhre mit einem Außendurchmesser von 0,5 bis 5 mm be- zeichnet .
Die Kapillarrohre sind im Allgemeinen zu Matten zu- sammengefasst, wobei die Rohre im Abstand von etwa 10 bis 20 mm parallel zueinander angeordnet und an dem einen Ende mit einem gemeinsamen Stamm für den Zulauf von Wasser oder eines anderen Heiz- bzw. Kühlfluids sowie an dem anderen Ende mit einem gemeinsamen Stamm für den Rücklauf des Wassers oder anderen Heiz- bzw. Kühlfluids verbunden sind. Die Kapillarrohre werden durch Abstandshalter in ihrer gegenseitigen Lage gehalten. Eine derartige Matte ist beispielsweise in der DE 196 40 514 Al gezeigt.
Aus der EP 0901 601 Bl ist ein Wärmetauscher mit einem Kapillarrohrregister, durch das ein zu kühlendes oder zu erwärmendes Fluid geführt wird, bekannt. Das Rohregister wird im Gleichstrom mit dem Fluid mit Wasser berieselt und im Gegenstrom zum Fluid von Luft durchströmt. Die Räume zwischen den Kapillarrohren sind zumindest teilweise mit Schaumstoff ausgefüllt, wodurch die Wärmeaustauschfläche vergrößert wird. Eine Möglichkeit der Realisierung dieses Wärmetauschers besteht darin, die Kapillarrohre selbst mit einer Schaumstoffschicht zu überziehen. Dabei kann die
SchaumstoffSchicht aus demselben Material wie das Kapillarrohr bestehen. Es hat sich jedoch gezeigt, dass eine gleichmäßige Berieselung der Schaumstoffschicht nicht möglich ist. Dies gilt insbesondere dann, wenn die Berieselung anstatt mit Wasser mit einer Sorptionslösung zum Entfeuchten der Luft erfolgt. Um einen zufriedenstellenden Wirkungsgrad des Wärmetauschers zu erhalten, sollte die Menge der Sorptionslösung so gering wie möglich sein, nach Möglichkeit nicht mehr als 5% und bevorzugt nicht mehr als 1% der Menge des durch die Kapillarrohre strömenden Fluids. Diese Wer- te konnten für eine gleichmäßige Benetzung der SchaumstoffSchicht jedoch nicht erreicht werden.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Wärmetauscher mit einem Kapillarrohrregister, durch das ein zu kühlendes oder zu erwärmendes Fluid geführt wird, wobei das Rohrregister im Gleichstrom mit dem Fluid mit Wasser oder einer hydroskopischen Sorptionslösung benetzt wird und im Gegenstrom zum Fluid von Luft durchströmt wird, anzugeben, der zumindest einen höheren Wirkungsgrad als der bisherige, Kapillarrohrmatten verwendende Wärmetauscher aufweist .
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Wärmetauscher mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen dieses Wärmetauschers, ein bevorzugtes Verfahren zum Betreiben dieses Wärmetauschers sowie eine zweckmäßige Verwendung von mindes- tens zwei Wärmetauschern in einer Klimaanlage ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Dadurch, dass das Kapillarrohrregister aus zumindest einer Rohrmatte besteht, deren Kapillarrohre eine hydrophile oder wasserspreitende Oberfläche mit einem Kontaktwinkel unter 20° aufweisen, findet eine gleichmäßige Benetzung der Kapillarrohre schon bei einer sehr geringen Menge von Wasser oder Sorptions- lösung statt. Da der erwünschte Wärmeübergang zwi- sehen dem Fluid und der Luft erfolgen soll, ist eine Wärmeaufnahme durch das nicht verdunstete Wasser oder die Sorptionslösung störend, da diese einen Wärmeverlust darstellt. Dieser ist jedoch umso größer, je größer die Menge des Wassers oder der Sorptionslösung ist. Daher sollte das Mengenverhältnis von Wasser bzw. Sorptionslösung zu durch die Kapillarrohre strö- mendem Fluid nicht mehr als 5%, vorzugsweise nicht mehr als 1% betragen, ohne dass eine gleichförmige Benetzung der Kapillarrohre beeinträchtigt wird.
Um eine hydrophile oder wasserspreitende Oberfläche zu erhalten, sind die Kapillarrohre vorzugsweise mit einem Vliesstoff überzogen. Dabei hat sich für eine gleichmäßige Benetzung insbesondere ein Vliesstoff aus Glasfasern mit einem Durchmesser von 0,1 bis 0,5 mm als günstig erwiesen.
Die Kunststoffe wie z.B. Polypropylen, aus denen die Kapillarrohre hergestellt sind, haben gewöhnlich eine niedrige Festkörper-Oberflächenspannung und sind da- her durch Wasser bzw. wässrige Lösungen schwer zu benetzen. Dies ergibt sich daraus, dass sie keine oder nur vernachlässigbar wenige polare Gruppen in ihrer Struktur aufweisen. Daher werden sie zur Erzielung einer guten Benetzbarkeit vorteilhaft mit was- serspreitendem Material beschichtet. Wasserspreiten- des Kunststoffmaterial ist beispielsweise aus der EP 0 149 182 Bl bekannt.
Um eine gute Haftung der wasserspreitenden Schicht auf den Kapillarrohren zu ermöglichen, kann eine Haftvermittlerschicht zwischen diesen angeordnet sein. Diese enthält polare Gruppen in ausreichender Menge und ist in Wasser unlöslich und unquellbar. Sie kann beispielsweise aus einer 2,5-prozentigen Lösung eines Mischpolymerisats aus 87,6 Gew.-% Methylmethac- rylat und 12,4 Gew.-% y-Methacryloxypropyl-trime- thoxysilan bestehen und eine Dicke von 0,01 bis 2 μm aufweisen.
Die Kapillarrohrmatte kann vorteilhaft aus für den
Fluiddurchgang netzartig miteinander verbundenen Ka- pillarlängs- und -querrohren gebildet sein, wobei zumindest die Kapillarlängsrohre mit ihren Enden gemeinsam jeweils an einen Stamm für die Zu- bzw. Abführung des Fluids angeschlossen sind. Hierdurch kann die Wärmeaustauschfläche gegenüber der Verwendung einer nur aus Kapillarlängsrohren bestehenden Matte deutlich vergrößert, gegebenenfalls sogar verdoppelt werden, so dass auch der Wirkungsgrad des Wärmetauschers entsprechend erhöht wird. Da die Kapillarquer- röhre den gegenseitigen Abstand der Kapillarlängsrohre sicherstellen, entfallen auch die Abstandshalter, wobei davon ausgegangen werden kann, dass der Materialaufwand für die Kapillarquerröhre etwa dem für die Abstandshalter entspricht.
Die Ausbildung der Matte mit Kapillarlängs- und -querrohren ermöglicht auch, den Strömungsverlauf des Fluids in der Matte durch Sperren des Durchgangs in einzelnen Kapillarlängs- und/oder -querrohren in ge- wünschter Weise zu steuern. Dadurch kann die Matte mit Aussparungen sowohl im Innern als auch am Rand versehen werden oder es kann ein mäanderförmiger Strömungsverlauf in der Matte eingestellt werden. Es ist hierdurch auch möglich, die Zu- und/oder Abführ- leitung für das Fluid an den jeweiligen Enden der Kapillarrohre kürzer als die entsprechende Seite der Matte auszubilden, so dass die Strömung der zu kühlenden bzw. zu erwärmenden Luft durch diese weniger stark behindert wird.
Die Kapillarrohre der Matte können derart angeordnet sein, dass die Kapillarlängs- und die Kapillarquerrohre unter einem rechten Winkel zueinander verlaufen. Vorteilhafter für den Strömungsverlauf ist es jedoch, wenn sich die Kapillarlängs- und -querrohre unter einem von einem rechten Winkel um 5° bis 20° abweichenden Winkel kreuzen. In dieser Hinsicht besonders vorteilhaft ist es, wenn sich Kapillarlängsund -querrohre zwar unter einem rechten Winkel kreuzen, jedoch jeweils um 45° gegenüber den Rändern der Matte und damit gegenüber den Stämmen geneigt sind. In diesem Fall sind sowohl die Kapillarlängs- als auch die Kapillarquerröhre direkt mit den Stämmen verbunden .
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Kapillarrohrmatte mit Längs- und Quer- röhren mit innerem Ausschnitt,
Fig. 2 eine Kapillarrohrmatte mit Randausschnitt,
Fig. 3 eine Kapillarrohrmatte mit verkürztem Stammrohr für die Abführung des Fluids,
Fig. 4 eine Kapillarrohrmatte mit mäanderförmigem Strömungsverlauf ,
Fig. 5 eine Kapillarrohrmatte mit unter jeweils
45° zu den Stammrohren verlaufenden Kapillarlängs- und -querrohren,
Fig. 6 einen Luftwärmetauscher mit mehreren paral- lelen Kapillarrohrmatten, und
Fig. 7 die schematische Darstellung einer Klimaanlage .
Fig. 1 zeigt eine Kapillarrohrmatte mit sich unter einem rechten Winkel kreuzenden, eine hydrophile oder wasserspreitende Oberfläche aufweisenden Kapillarlängsrohren 1 und -querrohren 2, deren Innenräume an den Kreuzungspunkten jeweils so miteinander verbunden sind, dass ein in dem einen Kapillarrohr strömendes Fluid in das andere Kapillarrohr eintreten kann. Die Kapillarlängsrohre 1 sind mit ihrem oberen Ende gemeinsam mit einem Stamm 3 für die Zuführung eines Fluids, vorzugsweise Wasser, und mit ihrem unteren Ende gemeinsam mit einem Stamm 4 für die Abführung des Fluids verbunden. Das Fluid bewegt sich somit in der durch die Pfeil 5 angezeigten Richtung durch die Matte, wobei es jedoch nicht nur durch die Kapillarlängsrohre, sondern auch durch die Kapillarquerrohre 2 strömt. Da die Kapillarquerröhre 2 den gleichen ge- genseitigen Abstand wie die Kapillarlängsrohre 1 aufweisen, ist ihre Gesamtlänge gleich der der Kapillarlängsrohre 1, und somit ist die für einen Wärmeaustausch zur Verfügung stehende Oberfläche doppelt so groß wie bei einer nur aus Kapillarlängsrohren beste- henden Matte. Dementsprechend ist auch der Wirkungsgrad höher. Die Kapillarquerrohre 2 stellen auch sicher, dass der gegenseitige Abstand der Kapillarlängsrohre 1 nicht verändert wird. Daher sind Abstandshalter entbehrlich.
Die Kapillarrohrmatte in Fig. 1 enthält einen inneren Ausschnitt 6, der frei von Kapillarrohren ist. Die an dem Ausschnitt 6 mündenden Kapillarrohre sind unmittelbar vor diesen mit Abklemmungen 7 ausgebildet, so dass kein Fluid aus ihnen austreten, sondern vorher in ein kreuzendes Kapillarrohr umgeleitet werden kann.
Die Herstellung der gitterförmigen Kapillarrohrmatte ist relativ einfach. Es werden zunächst zwei Halbschalen mit jeweils der Kontur von halben Kapillar- röhren hergestellt und die beiden Halbschalen dann zusammengeschweißt. Das Abklemmen der Kapillarrohre kann bei einer fertigen Matte in der Weise erfolgen, dass das betreffende Kapillarrohr zusammengedrückt und durch Wärmezufuhr die zusammengedrückte Innenwand verschweißt wird.
Die Kapillarrohrmatte nach Fig. 2 entspricht der nach
Fig. 1, jedoch ist diese nicht mit einem inneren Aus- schnitt, sondern mit einem Randausschnitt 8 versehen.
Bei der Kapillarrohrmatte nach Fig. 3 ist der untere Stamm 4 für die Abführung des Fluids stark verkürzt und die nicht mit diesem Stamm verbundenen Kapillar- längsrohre 1 sind an ihrem unteren Ende mit Abklemmungen 7 versehen, so dass das Fluid aus diesen durch die Kapillarquerrohre 2 zu den mit dem Stamm 4 verbundenen Kapillarlängsrohren 1 umgeleitet wird. Damit die Strömungswege für das Fluid weitgehend gleichmä- ßig sind, sind weiterhin durch Abklemmen gebildete
Barrieren 9 in den mit dem Stamm verbundenen oder unmittelbar angrenzenden Kapillarlängsrohren 1 vorgesehen, so dass auch das durch diese strömende Fluid nur über eine Umleitung zum Stamm 4 gelangt.
Die Kapillarrohrmatte nach Fig. 4 enthält zwei durch Abklemmen von Kapillarlängsrohren 1 erhaltene Barrieren 9, die sich von gegenüberliegenden Rändern der Matte jeweils über die Hälfte von deren Breite in Richtung der Kapillarquerrohre 2 erstrecken. Hierdurch wird der Strömungsweg des Fluids mäanderförmig verlängert. Dies kann sinnvoll sein, wenn das Mengenverhältnis Fluid/Luft klein ist, das die Strömungsgeschwindigkeit des Fluids einen Mindestwert nicht un- terschreiten sollte, weil sonst der Wärmeübergang zwischen Fluid und Luft sinkt und die Strömung des Fluids ungleichmäßig wird.
Bei der in den Fign. 1 bis 4 gezeigten Kapillarrohrmatte mit einer Fluideinspeisung nur in die Kapillar- längsrohre und mit einander senkrecht kreuzenden Ka- pillarlängs- und -querrohren erfolgt an den Verbindungsstellen eine Umleitung des Fluids um 90°. Dies ergibt eine ausreichende Durchströmung auch der Kapillarquerrohre, wobei diese jedoch noch dadurch ver- bessert werden kann, dass die Kapillarquerrohre nicht im rechten Winkel, sondern in einem von diesem um etwa 5° bis 20° von diesem abweichenden Winkel verlaufen. Hierdurch kann der durch die Kapillarquerrohre hindurchgehende Teilstrom des Fluids vergrößert wer- den, was eine Erhöhung des Wärmeaustauschs zwischen Fluid und Luft bewirkt.
Eine besonders vorteilhafte Ausbildung der Kapillarrohrmatte zeigt Fig. 5. Hier kreuzen die Kapillar- längsrohre 1 und die Kapillarquerrohre 2 einander zwar ebenfalls unter einem rechten Winkel, jedoch verlaufen sie jeweils unter einem Winkel von 45° gegenüber den Stämmen 3, 4 und sind auch jeweils direkt mit diesen verbunden. Das Fluid strömt somit aus dem Stamm 3 direkt sowohl in die Kapillarlängsrohre 1 als auch in die Kapillarquerrohre 2, so dass diese in gleichem Maße hiermit versorgt werden und nur ein geringer Fluidaustausch zwischen ihnen erfolgt. Jedoch ist sichergestellt, dass das Wärmeaustauschvermögen der Kapillarlängsrohre 1 und der Kapillarquerrohre 2 einander gleich ist, wodurch ein optimaler Wirkungsgrad erzielt wird.
Fig. 6 zeigt den Einsatz von Kapillarrohrmatten, so wie sie beispielsweise in den Fign. 1 bis 5 dargestellt sind, in einem Luft/Wasser-Wärmetauscher. Die in der Seitenansicht wiedergegebenen Kapillarrohrmatten 10 sind parallel zueinander und vertikal in einem Gehäuse 11 angeordnet. Die jeweiligen Stämme 3 der einzelnen Matten sind an eine gemeinsame Vorlauflei- tung 12 für das Wasser (Fluid) angeschlossen und die jeweiligen Stämme 4 der Matten 10 sind an eine gemeinsame Rücklaufleitung 13 angeschlossen. Die zu erwärmende oder zu kühlende bzw. zu befeuchtende oder zu entfeuchtende Luft strömt parallel zu den Kapil- larrohrmatten 10 im Gegenstrom zum Wasser, d.h. von unten nach oben, wie durch die Pfeile 14, 15 angezeigt ist, durch das Gehäuse 11.
Zum Zwecke der Be- oder Entfeuchtung der Luft weisen die Kapillarrohre der Matten 10 eine hydrophile oder wasserspreitende Oberfläche mit einem Kontaktwinkel unter 20° auf. Dieser wird an einer möglichst hohen Stelle der jeweiligen Matte 10 im Falle der Befeuchtung Wasser und im Falle der Entfeuchtung eine Sorp- tionslösung, die beispielsweise aus einer wässrigen Lithiumchloridlösung besteht, zugeführt. Die Kapillarohre der Matten 10 werden hierdurch über ihre gesamte Länge gleichmäßig mit dem Wasser bzw. der Sorptionslösung benetzt. Für diesen Zweck ist eine Be- Schichtung aus Vliesstoff oder einem wasserspreitenden Material auf den Kapillarrohren vorgesehen.
Durch die Schwerkraft sowie durch Kapillarwirkung verteilt sich das Wasser bzw. die Sorptionslösung gleichmäßig über die Länge der Kapillarrohre. Hierfür ist die Konfiguration der Kapillarrohrmatte nach Fig. 5 geeigneter als die nach den Fign. 1 bis 4, da alle Kapillarrohre in gleichem Maße gegenüber der Horizontalen geneigt sind.
Die Sorptionslösung nimmt während des Herabf Heßens an den Kapillarrohren der Matten 10 Feuchtigkeit aus der entgegenströmenden Luft auf und wird mit dem aufgenommenen Wasser am unteren Ende der Matte 10 in einen Auffangbehälter geleitet. Sie kann dann regene- riert und den Matten wieder zugeführt werden. Die durch die Kondensation der in der Luft enthaltenen Feuchtigkeit entstandene Wärme wird durch Wärmeaustausch auf das Wasser in den Kapillarrohren übertragen und durch dieses abgeführt. Umgekehrt wird die bei einer Luftbefeuchtung für die Verdunstung des
Wassers auf den Kapillarrohren benötigte Wärme über das in den Kapillarrohren strömende Wasser herbeigeführt .
Generell gilt für Luft/Wasser-Wärmetauscher , dass der höchste Wirkungsgrad erzielt wird, wenn die so genannte Wasserzahl, d.h. das Verhältnis der Temperaturänderung der Luft zur Temperaturänderung des Wassers, über die gesamte Fläche gleich ist. Diese For- derung stellt bei der trockenen Kühlung von Luft kein Problem dar, denn die spezifische Wärme der Luft bleibt wie die des Wassers konstant. Bei gleichzeitiger Entfeuchtung der Luft kann jedoch durch die frei werdende Kondensationswärme die spezifische Wärmeka- pazität der Luft auf ein Mehrfaches des Wertes der trockenen Luft ansteigen, und zwar bei höheren Lufttemperaturen stärker als bei niedrigen.
Verwendet man jedoch eine Kapillarrohrmatte nach Fig. 4 mit mäanderförmiger Fluidströmung, dann kann durch unterschiedlich starke Mäanderbildung die Verweilzeit des Fluids (Wassers) im Bereich der stärkeren Entfeuchtung verlängert und hierdurch die Wasserzahl für beide Medien angenähert konstant gehalten werden.
Da der Grad der Entfeuchtung sich im Betrieb stark ändern kann, wird die Mäanderbildung für den Betriebspunkt ausgelegt, bei dem ein guter Wirkungsgrad besonders wichtig ist.
Fig. 7 zeigt schematisch eine Klimaanlage, in der zwei Wärmetauscher gemäß Fig. 6 Verwendung finden. Bei dieser Klimaanlage findet eine extrem hohe Wärmerückgewinnung statt, die eine zusätzliche Erwärmung oder Kühlung der Zuluft erübrigt, indem je ein Wärme- tauscher als Enthalpietauscher für die Zuluft und die Abluft geschaltet wird.
Im Sommerbetrieb wird die Zuluft 16 in einem ersten Enthalpietauscher 17 gekühlt und entfeuchtet. Das Kühlwasser strömt im Kreislauf durch beide Wärmetauscher. Es wird in dem Register des ersten Enthalpie- tauschers 17 bei der Kühlung und Entfeuchtung der Zuluft 16 erwärmt. Im Register des zweiten Enthalpie- tauschers 18 wird das Kühlwasser durch die Abluft 19 wieder abgekühlt, nachdem diese in einem vorgeschalteten Befeuchter adiabat auf ihre Taupunkttemperatur gekühlt wurde. Die Abluft 19 wird hierdurch erwärmt und befeuchtet und anschließend aus dem Gebäude herausgeführt .
Im oberen Teil des Registers des ersten Enthalpietau- schers 17 werden die beschichteten Kapillarrohre mit Sorptionslösung beaufschlagt, die innerhalb der Be- schichtung nach unten diffundiert, wobei sie mit durch Kondensation von Luftfeuchtigkeit gebildetem Wasser angereichert wird.
In gleicher Weise wird im oberen Teil des Registers des zweiten Enthalpietauschers 18 Wasser auf die be- schichteten Kapillarrohre gegeben, das zumindest teilweise verdunstet und mit der Abluft 19 abgeführt wird.

Claims

Patentansprüche
1. Wärmetauscher mit einem Kapillarrohrregister, durch das ein zu kühlendes und/oder erwärmendes Fluid geführt wird, wobei das Kapillarrohrregister im Gleichstrom mit dem Fluid mit Wasser oder einer hygroskopischen Sorptionslösung benetzt und im Gegenstrom zum Fluid von Luft durchströmt wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Kapillarrohrregister aus zumindest ei- ner Kapillarrohrmatte (10) besteht, deren Kapillarrohre eine hydrophile oder wasserspreitende Oberfläche mit einem Kontaktwinkel unter 20° aufweisen.
2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Kapillarrohre mit einem
Vliesstoff überzogen sind.
3. Wärmetauscher nach Anspruch 2 , dadurch gekennzeichnet, dass der Vliesstoff aus Glasfasern mit einem Durchmesser von 0,1 bis 0,5 mm besteht.
4. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapillarrohre mit einer Schicht aus wasserspreitendem Material beschichtet sind.
5. Wärmetauscher nach Anspruch 4 , dadurch gekenn- zeichnet, dass zwischen den Kapillarrohren und der Schicht aus wasserspreitendem Material eine Haftvermittlungsschicht vorgesehen ist.
6. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapillarrohrmatte (10) aus für den Fluiddurchgang netzartig miteinander verbundenen Kapillarlängs- (1) und -querrohren (2) gebildet ist, wobei zumindest die Kapillarlängsröhre (1) mit ihren Enden gemeinsam jeweils an einen Stamm (3, 4) für die Zu- und Abführung des Fluids angeschlossen sind.
7. Wärmetauscher nach Anspruch 6, dadurch gekenn- zeichnet, dass zur Steuerung des Strömungsverlaufs des Fluids in der Kapillarrohrmatte (10) in einzelnen Kapillarlängs- (1) und/oder -querrohren (2) der Durchgang für das Fluid gesperrt ist.
8. Wärmetauscher nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Stamm (4) einer Kapillarrohrmatte (10) kürzer als die Länge der hierzu parallelen Seite der Kapillarrohrmatte (10) ist.
9. Wärmetauscher nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapillarrohrmatte (10) im Innern oder am Rand mit Ausschnitten (6, 8) versehen ist.
10. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungsverlauf in der Kapillarrohrmatte (10) mäanderförmig ist.
11. Wärmetauscher nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Grad der Mäanderung des Strömungsverlaufs innerhalb der Kapillarrohrmatte (10) ändert.
12. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapillarlängs- röhre (1) unter einem Winkel von 90° und die Kapillarquerrohre (2) unter einem Winkel 5° bis 20° gegenüber den Stämmen (3, 4) verlaufen.
13. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass Kapillarlängsrohre (1) und die Kapillarquerrohre (2) jeweils schräg gegenüber den Stämmen (3, 4) verlaufen.
14. Wärmetauscher nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapillarlängsrohre (1) und die Kapillarquerrohre (2) jeweils unter einem Winkel von 45° gegenüber den Stämmen (3, 4) für die Zu- und Abführung des Fluids verlaufen und direkt mit diesen verbunden sind.
15. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Kapillarrohrregister aus mehreren parallel zueinander angeordneten Kapillarrohrmatten (10) besteht, mit einer gemeinsamen Zuführleitung (12) für das Fluid auf der einen Seite und einer gemeinsamen Abführleitung (13) für das Fluid auf der gegenüberliegenden Seite.
16. Verfahren zum Betreiben eines Wärmetauschers nach einem der Ansprüche 1 bis 15 zum Entfeuchten von Luft, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der Kapillarrohre gleichförmig mit einer hygroskopischen Sorptionslösung benetzt wird und das durch das Kapillarrohrregister ge- führte Fluid die Kondensationswärme der der Luft entzogenen Feuchtigkeit abführt.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Sorptionslösung eine wässrige Lithiumchloridlösung ist.
18. Verfahren zum Betreiben eines Wärmetauschers nach einem der Ansprüche 1 bis 15 zum Befeuchten von Luft, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der Kapillarrohre gleichförmig mit Wasser benetzt wird und das durch das Kapillarrohrregister geführte Fluid die zum Befeuchten der Luft erforderliche Verdunstungswärme für das
Wasser liefert.
19. Verwendung von mindestens zwei Wärmetauschern
(17, 18) nach einem der Ansprüche 1 bis 15 in einer Klimaanlage, die von dem Fluid in einem geschlossenen Kreislauf nacheinander durchströmt werden, wobei der erste Wärmetauscher (17) zur Kühlung und Entfeuchtung von Zuluft (16) und der zweite Wärmetauscher (18) zur Kühlung des Fluids durch Abluft (19) verwendet werden.
20. Verwendung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Abluft (19) vor der Durchströmung des zweiten Wärmetauschers (18) adiabat auf ihre Taupunkttemperatur gekühlt wird.
21. Verwendung nach Anspruch 19 oder 20, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Oberfläche der Kapillarrohre des ersten Wärmetauschers (17) mit Sorptionslösung und die des zweiten Wärmetauschers (18) mit Wasser benetzt wird.
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