DE102012110003A1

DE102012110003A1 - Rohrwärmetauscher nach dem Gegenstromprinzip mit parallelen Strömungskanälen mit vergrösserter wärmeübertragender Oberfläche

Info

Publication number: DE102012110003A1
Application number: DE102012110003.9A
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-10-19
Filing date: 2012-10-19
Publication date: 2014-04-24
Also published as: DE202012012919U1

Abstract

Bei einem Wärmetauscher nach dem Gegenstromprinzip mit mehreren parallelen Strömungskanälen (4), die im Wesentlichen durch übereinander vorgesehene Schichten (1) aus profilierten Platten (2) gebildet sind, ist vorgesehen, dass die Schichten (1) aus jeweils zwei der profilierten Platten (2) bestehen, die zueinander spiegelbildlich angeordnet sind.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher mit mehreren parallelen Strömungskanälen, der im Wesentlichen durch übereinander angeordnete Schichten aus profilierten Platten gebildet ist.
Die Verteuerung von Energie zwingt zunehmend auch Bauplaner, die Gebäudehüllen von Alt- und Neubauten energieeffizienter zu gestalten, sodass dadurch der natürliche Luftaustausch darunter leidet, was auch bei so genannten Niedrigenergie- u. Passivhäusern der Fall sein kann. Um nun ein angenehmes Raumklima zu erhalten, werden daher Lüftungsanlagen eingebaut, wodurch eine kontrollierte Wohnraumbelüftung erhalten werden kann. Um wiederum bei derartigen Anlagen möglichst geringe Lüftungswärmeverluste zu haben, werden vielfach so genannte Luft/Luft-Wärmetauscher, hier physikalisch richtig bezeichnet als rekuperative Wärmeübertrager vorgesehen, die dafür sorgen, dass in kalten Jahreszeiten zuströmende kalte Außenluft durch ausströmende warme Raumluft erwärmt wird, wodurch möglichst wenig Wärmeenergie dem jeweiligen Gebäudeinneren entzogen werden soll. Hierbei ist es erforderlich und zweckmäßig das beide Medien über Tauscherplatten voneinander getrennt werden, um eine hydraulische, thermische und hygienische Trennung der Medien mit höherer Temperatur zu den Medien mit einer niedrigeren Temperatur zu gewährleisten. Die energetische Effizienz beziehungsweise Qualität von Wärmeübertragern wird in der Rückwärmezahl, dem Wärmerückgewinnungsgrad oder dem Wärmebereistellungsgrad ausgedrückt. Um eine möglichst hohe Wärmeübertragung zu erreichen, sind folgende physikalische Parameter zur Konzeption eines Wärmeübertragers beziehungsweise eines Wärmetauschers ausschlaggebend:

– Wärmeübertragende Oberfläche
– Strömungsform (Gleich-, Kreuz,- Gegenstrom)
– Strömungsart (laminare, turbulente Strömung)
– Möglichst geringe Vereisungsneigung bei tiefen Temperaturen
– Querschnittgröße und die Aufenthaltsdauer im thermisch Relevanten Strömungsbereich
– Wärmeleitwert des Tauscherplattenmaterials
– Art des Mediums (gas- oder fluidförmig)
– Strömungsgeschwindigkeit
– Massenstrom der Medien

Von den aufgezählten physikalischen Parametern beeinflussen die ersten vier Kriterien die energetische Effizienz eines Wärmetauschers am stärksten.
Stand der Technik
In diesem Zusammenhang sind bereits verschiedene Bauarten von Wärmeübertragern bekannt.
So ist beispielsweise aus der [ DE 1 991 549 U1 ] ein Wärmetauscher mit einem Kunststoffrohrbündel bekannt, welcher an seinem einen Ende einen Einlass und an seinem anderen Ende einen Auslass aufweist, wobei sich zwischen diesen Enden das Kunststoffrohrbündel befindet, das aus einer Vielzahl von Kunststoffrohren besteht, die jeweils in einem Abstand zueinander gehalten sind und deren jeweiligen Oberflächen zu einem Wärmeaustausch dienen. Die Kunststoffröhre sind parallel zueinander ausgerichtet.
Derartige Wärmetauscher sind aufgrund mittlerweile korrosionsfester Kunststoffrohre neben in der chemischen Industrie auch bei sogenannten Raumheizern einsetzbar. Da bei Wärmetauschern nach dem Gegenstromprinzip der Wärmeübergang von einem zum anderen Medium im Wesentlichen von der Größe der zur Verfügung stehenden Wärme übertragenden Oberfläche der verwendeten Rohre abhängig ist, ist es anzustreben, diese Oberfläche möglichst groß zu wählen. Bei dieser bekannten Ausführung eines Röhrenwärmetauschers sind jedoch Kunststoffrohre mit einem relativ geringen Außendurchmesser von 2 mm vorgesehen. Grund hierfür ist es, dass sich diese aufwickeln lassen, wodurch dann die Steifigkeit der einzelnen Rohre abnimmt. Deswegen sind hier die Kunststoffrohre in einer zu einem Rohrbündel aufwickelbaren Röhrenmatte eingebunden und die einzelnen Rohre werden dabei parallel zueinander und durch mehrere Querbänder im Abstand voneinander gehalten, sowie in den Einström- und Ausströmbereichen zusammengeführt, wodurch bei einer gasförmigen Medienführung ungünstige, hohe Druckverluste entstehen. Nicht zuletzt werden bei diesem bekannten Wärmetauscher ausschließlich glatte Kunststoffrohre verwendet, wodurch deren zur Verfügung stehende Wärmetauschfläche klein beziehungsweise begrenzt ist.
Ferner ist aus der DE 39 28 558 A1 ein so genannter Luft/Luft-Wärmetauscher mit Rippen- beziehungsweise Wellrohren bekannt, die aus einem temperaturbeständigen Kunststoff bestehen. Bei diesen besonders für landwirtschaftliche Viehställe vorgesehenen Luft/Luft-Wärmetauschern erfolgt die Übertragung der Wärmeenergie von warmer Abluft zur kälteren Zuluft im thermodynamisch ungünstigeren Kreuzstromprinzip über die einzelnen Rippen- oder Wellrohre, die jeweils zwischen zwei Lochrasterplatten eingespannt sind und dadurch jeweils in einem Abstand zueinander in eine gestreckte achsparallele feste Lage gebracht werden können. Dadurch sind keine speziellen Abstandshalter zwischen den einzelnen Rohren erforderlich. Wenngleich durch die Ausbildung dieses bekannten Wärmetauschers mit seinen Rippen- oder Wellenrohren die Wärmeabgabeoberfläche der einzelnen Rohre gegenüber glatten Rohren vergrößert ist, so sind hierdurch und durch die 90° Umlenkung der Medien in den Einström- und Ausströmbereichen erhebliche Druckverluste nicht zu vermeiden. Die dargestellte Rohrdichte des Wärmeüberträgers ist aufgrund der Vorspannung über die Lochplatten gering, da die Rohrdurchhängung den Abstand der Rohre untereinander vergrössert. Werden sehr kleine Rohrdurchmesser bei einer Vielzahl von Rohren verwendet, ist für die Erstellung des Wärmetauschers ein grosser Aufwand notwendig, da jedes Rohr einzeln mit einer Lochplatte verbunden werden muss. Eine wirtschaftliche Serienfertigung dieses Wärmeübertauschers ist so nicht möglich. Des Weiteren ist ein gasdichter Anschluss der Rohre an die Lochplatte mit der vorgeschlagenen Verbindungstechnik nur mit sehr unvertretbarem hohem Aufwand realisierbar.
Schließlich ist in der DE 43 33 904 C2 ein so genannter Kanalwärmetauscher beschrieben, der aus schichtweise aufeinanderliegenden, mäanderförmigen Profiltafeln aufgebaut ist, durch die eine Mehrzahl an parallel verlaufende Strömungskanäle erhalten werden. Bei dieser Konstruktion werden die mäanderförmigen Profilplatten lediglich aufeinander gelegt, wodurch kein kraftschlüssiger Verbund zwischen den Tauscherplatten erreicht wird und ein destabilisierender “ Ziehharmonika-Effekt“ bei hohen mechanischen Belastungen auftreten kann. Dies wiederum kann dazu führen, dass dieser Wärmetauscher bei großen Massenströmen der geförderten Medien keine ausreichende Stabilität aufweist, um bei hohen Druckdifferenzen formstabil zu bleiben und somit seine durch das Plattenprofil gegebene Strömungsform verlieren kann. Des Weiteren müssen die Profiltafeln in den Einström- und Ausströmbereichen des Wärmeübertragers jeweils einzeln, aufwändig miteinander verbunden werden, um einen gasdichten Anschluss der Profilplatten untereinander zu gewährleisten.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen nach dem Gegenstromprinzip arbeitenden Wärmetauscher für fluid- und gasförmige wämeaustauschende Prozesse zu schaffen, der sich gegenüber dem Stand der Technik vor allem durch eine wirtschaftliche Fertigung bei gleichzeitig sachgerechter Stabilität und einem verbesserten Wärmerückgewinnungsgrad auszeichnen soll. Vorzugsweise soll ein verbessertes Strömungsverhalten bei großen Medienströmen mit hohen Druckdifferenzen gewährleistet sein.
Lösung der Aufgabe
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
Vorteile der Erfindung
Durch diese Lösung können vorteilhaft aus nur einer Art eines Halbzeugs kostengünstig stabile Wärmetauscher hergestellt werden, indem zwei formgleiche Profilplatten als Halbzeuge beispielsweise aus einem Thermoplast wie PP, PE, PA oder PS oder aus einem Metallblech wie Aluminium, Edelstahl oder Kupfer in einem Tiefziehverfahren bzw. im sogenannten Twin Sheet Verfahren (doppeltem Tiefziehverfahren zur Hohlkörperherstellung) hergestellt und dann in dem selben Herstellungsprozess des Tiefziehens spiegelbildlich zueinander, kraftschlüssig verschweißt beziehungsweise verklebt werden. Dadurch wird ein vollständiges Wärmeüberträgerelement mit mehreren gas- und fluiddichten Strömungskanälen erhalten, das in mehreren Schichten übereinander angeordnet den erfindungsgemäßen Wärmetauscher bildet.
Hierbei ist es von Vorteil, wenn das Profil, das heißt der jeweilige Querschnitt der einzelnen Strömungskanäle, sternförmig ausgebildet wird. Ferner ist es zweckmäßig, die sternförmige Ausbildung der Rohrkanäle derart vorzusehen, dass deren sternförmige Profil eckige oder gerundeten Spitzen besitzt, sodass gegenüber dem Stand der Technik eine bis zu 50% größere wärmeübertragende Oberfläche geschaffen wird.
Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Querschnittsform beschränkt. Vielmehr sind alle Querschnittsformen umfasst, die zu einer Vergrösserung der wärmeübertragenden Oberfläche führen.
Ferner wird durch die spezielle sternförmige Ausbildung der Rohrkanäle eine leicht turbulente Stimulation des durchströmenden Mediums erzeugt, wodurch die thermodynamisch ungünstige Grenzschicht zur Profilwand ohne zusätzliche turbulenzerzeugende Einprägungen auskommt und eine deutlichere Steigerung der Wärmeübertragungsleistung stattfindet. Da schließlich die Rohrkanäle in Strömungsrichtung angeordnet sind, wird der geringfügig höherer Druckverlust hervorgerufen durch die leicht turbulente Strömung durch die Profilgeometrie kompensiert beziehungsweise überkompensiert. Somit ist eine industrielle einfache und wirtschaftliche Fertigung der Profile möglich.
Gemäß der Erfindung bilden zwei Profilplatten eine Art Tauscherplatte mit Rohrkanälen, die vorteilhaft aus Thermoplasten nach dem so genannten Twin-Sheet Verfahren in einem Arbeitsgang luft- und sauerstoffdicht hergestellt werden kann. Hierdurch kann bei derartigen Materialien beispielsweise die Anwendung eines Ultraschallschweißens mit seinen aufwändigen und fehlerbehafteten Arbeitsschritten entfallen.
Ferner eignen sich die erfindungsgemäßen Profilplatten auch für thermodynamische Wärmeübertragungsprozesse mit großen Druckdifferenzen, wenn die Profilplatten beispielsweise aus einem Aluminium-, Edelstahl- oder Kupferblech mit Tiefziehpressen auf die spezielle Profilgeometrie verformt und dann nach einem spiegelbildlichen Zusammenlegen an ihren Plattenrändern und Plattenstegen kraftschlüssig miteinander verbunden werden.
Hierdurch entsteht eine extrem steife Wärmeüberträgerstruktur mit einer großen spezifischen Oberfläche, die für große Druckdifferenzen und hohe Wärmeübertragungsleistungen prädestiniert ist.
Auch ist eine weitere Ausführungsform der Profilplatten möglich, bei der jeweils ein Abstand zwischen den Rohrkanälen als Entwässerungsschlitz vorgesehen wird, sodass beim Durchströmen eines Gases, wie es beispielsweise bei der Abluftfortführung von raumlufttechnischen Anlagen der Fall ist, das bei Abkühlung entstehende Kondensat über die Entwässerungsschlitze bis zum Wärmetauscherboden abgeführt werden kann. Hierdurch kann eine Vereisungsneigung des Wärmetauschers deutlich reduziert werden, wodurch ein höherer Wirkungsgrad, eine längere Betriebsdauer mit größerer Temperaturdifferenz zwischen Zu- und Abluft ohne die Zuhilfenahme von Fremdenergie zur Aufheizung der Außenluft erreicht wird.
Des Weiteren kann mit dem erfindungsgemäßen Wärmetauscher nicht nur in den Wintermonaten die Vereisungsneigung reduziert werden, sondern auch in den Sommermonaten die Kälteenergie aus der Raumluft auf die warme Außenluft übertragen werden, wo hingegen bei den bekannten rekuperativen Enthalpiewärmeübertragern und regenerativen Rotationswämeübertragern eine unerwünschte Feuchteübertragung in den Sommermonaten stattfinden würde, die einer Abkühlung und Entfeuchtung der warmen Außenluft entgegenwirken würde. Dadurch wird der Gebrauchswert der rekuperativen Enthalpiewärmeüberträger und der regenerativen Rotationswämeüberträger in den Sommermonaten sehr stark beeinträchtigt. Durch den erfindungsgemäßen Wärmetauscher entsteht dagegen eine Wärmeüberträgerstruktur die in horizontale und vertikale Richtung eine kraftschlüssige, biegesteife Verbindung darstellt, die bei Wärmeüberträgerkonstruktionen nach dem Stand der Technik bisher nicht möglich war.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben und erläutert.
Zeichnungen
Es zeigen:
1 in perspektivischer Darstellung einen Ausschnitt von einem Wärmetauscher mit mehreren übereinander angeordneten Schichten aus Profilplatten, die paarweise spiegelbildlich zueinander angeordnet sind, wobei dadurch sternförmige Strömungskanäle gebildet sind;
2 einen Ausschnitt gemäß 1, in dem durch Pfeile angegeben ist, wie der Wärmetauscher von einem warmen und im Gegenstrom von einem kalten Medium durchströmt wird;
3 einen Ausschnitt nach 1 in einer Art Explosionsdarstellung, und zwar bevor die Profilplatten spiegelbildlich paarweise und die daraus gebildeten Schichten miteinander verklebt beziehungsweise verschweißt werden;
4 einen Ausschnitt gemäß 1, jedoch dessen Strömungskanäle eine zweite sternförmige Profilform aufweisen und mit benachbarten Sternprofilen kraftschlüssig über mechanische Nut-Federelemente miteinander verbunden sind;
5 einen Ausschnitt gemäß 4 ohne Nut-Federelemente, jedoch mit der Ausbildung eines Abstandes zwischen den Strömungskanälen als Entwässerungsschlitze;
6 einen Ausschnitt gemäß 1 mit einer dritten sternförmigen Profilform der Strömungskanäle;
7 einen Ausschnitt gemäß 1 mit einer vierten sternförmigen Profilform der Strömungskanäle;
8 eine Draufsicht auf einen Wärmetauscher mit einem V-förmigen Ein- und Auströmelement, welche Strömungsleitplatten für gasförmige Medien aufweisen;
9 eine Draufsicht auf einen Wärmetauscher mit einem rechteckigen Ein- und Auströmelement, welche Strömungsleitplatten für fluidförmige Medien aufweisen, hier beispielsweise für einen Warmwassereintritt und einen Kaltwasseraustritt mit einer 90° Strömungsumlenkung;
10 eine Draufsicht auf einen Wärmetauscher mit einem rechteckigen Ein- und Auströmelement, welche Strömungsleitplatten für fluidförmige Medien aufweisen, hier beispielsweise für Kaltwassereintritt und Warmwasseraustritt mit einer geradlinigen Strömungsführung;
11 einen perspektivisch dargestellten Ausschnitt eines Wärmetauschers mit einem V-förmigen Ein- und Auströmelement und Übergangselementen für die Strömungskanäle; hier beispielsweise mit einem dargestellten Ablufteintritt und Zuluftaustritt;
12 eine perspektivische Ansicht eines vollständigen Gas-Wärmetauschers;
13 einen um 90° gedrehten Wärmetauscher gemäß 12 mehrfach als eine modulare Einheit aneinander gereiht;
14 eine perspektivische Ansicht eines Fluid-Wärmetauschers mit einer geraden und einer um 90° abgewinkelten Strömungsführung;
15 einen Wärmetauscher gemäß 14, jedoch mit einer beidseitig geraden Strömungsführung und
16 einen Wärmetauscher gemäß 15, mehrfach als eine modulare Einheit aneinander und hintereinander angeordnet.
Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
In 1 ist in perspektivischer Darstellung ein Ausschnitt eines erfindungsgmäßen Wärmetauschers gezeigt, der drei übereinander angeordnete gleiche Schichten 1 besitzt, die jeweils aus zwei gleichen profilierten Platten 2 derart zusammengesetzt sind, dass jeweils die profilierten Platten 2 spiegelbildlich zueinander angeordnet sind. Jede Platte 2 besitzt mittig ein oder mehrere (hier drei) halbkreisförmig ausgeprägte Kanäle, die parallel zur Platte 2 verlaufen und mit einer sternartigen ersten Profilform 3 ausgebildet sind, die zum einen die Wärmetauschfläche vergrößert und zum anderen die Schichten 1 versteifen. Durch die spiegelbildliche paarweise Anordnung von zwei profilierten Platten 2 entstehen aufgrund der beiden halbkreisförmigen Profilformen 3 jeweils rohrförmige Strömungskanäle 4, wozu die profilierten Platten 2 jeder Schicht 1 an ihren beiderseitigen Randstreifen – bezeichnet mit 5 – miteinander verklebt werden, was jedoch auch durch ein Schweißvorgang erfolgen kann.
2 ist vergleichbar mit 7, wobei hier als Beispiel lediglich aufgezeit wird, wie ein erfindungsgemäßer Wärmetauscher durchströmt werden kann, und zwar mit einem warmen Medium (Pfeile 6) und im Gegenstrom mit einem kalten Medium (Pfeile 7). Diese Durchströmung ist auf alle nachstehenden Figuren übertragbar. Aus Darstellungsgründen sind dort die Pfeile 6; 7 weggelassen worden.
Eine gas- und fluiddichte Verbindung der paarweise spiegelbildlich angeordneten profilierten Platten 2 erfolgt an Verbindungspunkten 8, und zwar so wie in 3 angegeben, wobei dies durch eine Verklebung oder Verschweißung ausgeführt werden kann.
Alternativ dazu sind in 4 die Strömungskanäle 4 mit einer zweiten Profilform 9 gezeigt, die einen sternförmigen Querschnitt mit winkeligen Spitzen < 90° aufweist. Zumindest die beiden äußeren, jeweils vertikal aneinander stoßenden Strömungskanäle 4 sind hier über eine formschlüssige mechanische Nut-Federverbindung 10 miteinander verbunden.
Ferner ist es möglich, wie in 5 dargestellt, dass zwischen den Strömungskanälen 4 Entwässerungsschlitze 11 vorgesehen werden, damit mögliches Kondensat abfließen und somit keine Vereisung bei niedrigen Temperaturen entstehen kann.
In den 6 und 7 sind als weitere Alternative eine dritte sternförmige Profilform 12 und eine vierte sternförmige Profilform 13 dargestellt, wobei die Profilform 12 aus einem sternförmigen Querschnitt besteht, dessen Spitzen gerundet und mit einer geraden Entformstrecke ausgebildet sind, wogegen der sternförmige Querschnitt der Profilform 13 nur gerundete Spitzen besitzt.
Die 8 zeigt einen erfindungsgemäßen Wärmetauscher in der Draufsicht mit stirnseitig einem v-förmigen Ein- und Ausströmelement 14 und 15, wobei die Strömung auch umgekehrt vorgesehen sein kann. In den Ein- und Ausströmelementen 14 und 15 befinden sich Strömungsleitplatten 16 und Strömungsumlenkplatten 17 sowie mittig eine Einschiebenut 18 für ein Einschieben einer möglichen Medientrennwand. Das Gehäuse diese Wärmetauschers ist mit 19 bezeichnet.
In 9 ist der Wärmetauscher gemäß 8 in der Draufsicht gezeigt, jedoch mit einem rechteckförmigen Ein- und Ausströmelement 20 und 21, in welche abgeknickte Strömungsleitbleche 22 vorgesehen sind. Diese Konstruktion eignet sich beispielsweise für ein fluidförmiges Medium wie Wasser, das heißt, dieses tritt in den Wärmetauscher durch das Einströmelement 20 ein und aus diesem durch das Ausströmelement 21 wieder aus, wobei die abgeknickten Strömungsleitbleche 22 eine 90° Strömungsumlenkung bewirken.
Eine weitere Alternative ist in 10 dargestellt, und zwar ist hier wieder die Draufsicht auf den Wärmetauscher gemäß 9 gezeigt, jedoch sind hier stirnseitig rechteckförmige Ein- und Ausströmelemente 23 und 24 mit fächerförmig angeordneten Strömungsleitplatten 25 vorgesehen, die in eine mittig angeordnete Zu- und Abflussöffnung münden. Die in 10 gezeigten Pfeile 23 und 24, welche auch die rechteckförmigen Elemente kennzeichnen, geben gleichzeitig die Richtung einer möglichen Medienströmung an, das heißt zum Beispiel der Pfeil 23 entspricht kalter Außenluft und der Pfeil 24 entspricht warmer Abluft.
In 11 ist explosionsartig ein Abschnitt aus einem Wärmetauscher dargestellt, und zwar mit einem V-förmigen Ein- und Auslasselement 26, welches Einströmsegmente 27 mit einer gas- und fluiddichten Federverbindung und Einströmsegmente 28 mit einer gas- und fluiddichten Nutverbindung aufweist. Ferner besitzt es Ausströmungssegmente 29 mit gas- und fluiddichter Verklebung oder Verschweißung. Die jeweilige Strömungsrichtung ist hier aus den angegebenen Pfeilen ersichtlich. Schließlich sind bei diesem Ausführungsbeispiel im Anschlussbereich des Aufbaus der Strömungskanäle Rampenübergansstücke 30 für den Anschluss des Ein- und Auslasselements 26 vorgesehen.
Ferner zeigt 12 eine vereinfachte perspektivische Ansicht eines vollständigen Gas-Wärmetauschers 31 mit einen Einströmbereich 32 und einem Ausströmbereich 33, wobei in 13 dieser in einer um 90° gedrehten Lage verwendet wurde und mehrfach modular aneinander gereiht zu einem zusammengesetzten Gesamtwärmetauscher eingesetzt wird.
Bezüglich der 14 ist in dieser schematisch ein Fluid-Wärmetauscher 34 dargestellt, bei dem eine Strömungsführung sowohl gerade – bezeichnet mit 35 – als auch um 90° abgewinkelt –bezeichnet mit 36 – vorgesehen ist. Wogegen in 15 der gleiche Fluid-Wärmetauscher 34, wie in 14 gezeigt ist, der jedoch beidseitig nur eine doppelte gerade Strömungsführung – bezeichnet mit 37 und 38 – besitzt.
Schließlich ist in der 16 eine modulare Gesamteinheit 39 schematisch dargestellt, und zwar aufgebaut aus den Fluid-Wärmetauschern 34 gemäß 15.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Ausgehend von dem Umstand, dass Gebäude national und international nach den aktuellen Energiegesetzen ausschliesslich luftdicht gebaut werden müssen, um die eklatanten, unkontrollierten Lüftungsverluste über undichte Gebäudehüllen zu vermeiden, die bei Niedrigenergiegebäuden bis zu 50% am Heizenergiebedarf betragen kann, wird der künftige Einsatz von kontrollierten Lüftungsgeräten sich ausweiten. Hocheffiziente Lüftungseräte mit Wärmerückgewinnung können Leistungszahlen von bis 25 erreichen, dass heißt das 1 Kilowattstunde Antriebsstrom für die Ventilatoren bis zu 25 Kilowattstunde Wärmenergie zurück gewinnen. Diese Leistungszahlen bilden im Bereich der mechanischen Energieanlagen die Spitze, womit ökologisch und ökonomisch sehr kurze Amortisationszeiten erreicht werden können.
Hier setzt die vorliegende Erfindung ein, die für den immer mehr erforderlichen Luftaustausch in Wohnräumen einen geeigneten Wärmetauscher vorschlägt, mit dem man beispielsweise die wärmere verbrauchte Luft eines Innenraums dazu benutzt, im Gegenstrom angesaugte kalte Außenluft damit vorzuwärmen, sodass die zur Verfügung stehende Frischluft nicht zu kalt in den Innenraum einströmt, wodurch Heizenergie gespart werden kann. Der erfindungsgemäße Wärmetauscher kann diese Aufgabe bestens übernehmen, da er zum einen rationell und somit kostengünstig hergestellt werden kann, und zum anderen, stabil genug für große Volumenströme ausgeführt ist, sowie auch noch einen hohen Wirkungsgrad besitzt.
Für die Herstellung des eigentlichen Wärmeaustauschtraktes des erfindungsgemäßen Wärmetauschers genügt eine Sorte eines geformten Halbzeugs, von dem lediglich zwei Formteile dann spiegelbildlich zueinander angeordnet müssen, um eine Schicht mit parallel verlaufenden Strömungskanälen zu erhalten. Mehrere dieser Paarungen übereinander angeordnet, ergibt dann bereits den Haupttrakt des Wärmetauschers. Wenn dann darüber hinaus, die Strömungskanäle noch im Querschnitt sternförmig ausgebildet werden, dann erhält man eine vergrößerte Wärme austauschende Oberfläche, die 50 bis 70% größer ist als herkömmliche beispielsweise runde oder rechteckige Querschnitte.
Bezugszeichenliste

1: Schicht
2: profilierte Platte
3: erste Profilform
4: Strömungskanal
5: Randstreifen
6: warmes Medium
7: kaltes Medium
8: Verbindungspunkt
9: zweite Profilform
10: Nut-Federverbindung
11: Entwässerungsschlitz
12: dritte Profilform
13: vierte Profilform
14: v-förmiges Einströmelement
15: v-förmiges Ausströmelement
16: Strömungsleitplatte
17: Strömungsumlenkplatte
18: Einschiebenut
19: Gehäuse
20: rechteckförmiges Einströmelement
21: rechteckförmiges Ausströmelement
22: Strömungsleitblech
23: rechteckförmiges Einströmelement
24: rechteckförmiges Ausströmelement
25: Strömungsleitplatte
26: Ein- und Ausströmelement
27: Einströmsegment
28: Einströmsegment
29: Ausströmsegment
30: Rampenübergangsstück
31: Gas-Wärmetauscher
32: Einströmbereich
33: Ausströmbereich
34: Fluid-Wärmetauscher
35: gerade Strömungsführung
36: abgewinkelte Strömungsführung
37: gerade Strömungsführung
38: gerade Strömungsführung
39: modulare Einheit

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 1991549 U1 [0005]
DE 3928558 A1 [0007]
DE 4333904 C2 [0008]

Claims

Wärmetauscher nach dem Gegenstromprinzip mit parallelen Strömungskanälen, der im Wesentlichen durch übereinander vorgesehene Schichten aus profilierten Platten gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichten (1) aus jeweils zwei der profilierten Platten (2) bestehen, die zueinander spiegelbildlich angeordnet sind.
Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die profilierten, spiegelbildlich angeordneten Platten (2) miteinander gas- und fluiddicht verschweißt oder verklebt sind.
Wärmetauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die profilierten, spiegelbildlich angeordneten Platten (2) in Bereichen der aneinander grenzenden Strömungskanäle (4) miteinander verschweißt oder verklebt sind.
Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gebildeten Strömungskanäle (4) mechanisch über Nut-Federverbindungen (10) form- u. kraftschlüssig miteinander verbunden sind.
Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die durch die profilierten Platten (2) gebildeten Strömungskanäle (4) einen sternförmigen Querschnitt (Profilform 3; 9; 12; 13) mit fünf oder mehr Spitzen mit einem Innenwinkel >90° oder <90° aufweisen oder mit gerundeten Spitzen ausgebildet sind.
Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für ein Wärme abgebendes oder aufnehmendes Medium einerseits die sternförmigen Strömungskanäle (Profilform 3; 9; 12; 13) und andererseits durch diese gebildete ebenfalls im Querschnitt sternförmig gebildeter Zwischenkanäle (Profilform 3; 9; 12; 13) sowie beidseitig der sternförmigen Strömungskanäle (4) vorgesehenen Randkanäle vorgesehen sind.
Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den sternförmigen Strömungskanälen (4) Entwässerungsschlitze (11) vorgesehen sind.
Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dessen einer Stirnseite ein Einströmelement (14; 20; 23) und an dessen anderen Stirnseite ein Ausströmelement (15; 21; 24) vorgesehen ist, die Strömungsleitplatten (16; 22; 25) aufweisen und zwischen den Rohrkanälen und Einströmelementen (14; 20; 23) sowie Ausströmelementen (15; 21; 24) Rampenübergangstücke (30) ausgebildet werden.
Wärmetauscher nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ein- und Ausströmelemente (14; 20; 23; 16; 22; 25) v-förmig oder rechteckförmig ausgebildet sind.
Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein modularer Aufbau des Wärmetauschers vorgesehen ist, der erlaubt, dass mit einem derartigen Wärmetauscher modulare Einheiten (39) aus mehreren dieser Wärmetauscher zusammensetzbar sind.