DE2400734A1

DE2400734A1 - Rekuperativer waermeaustauscher zur waermerueckgewinnung in lufttechnischen anlagen

Info

Publication number: DE2400734A1
Application number: DE2400734A
Authority: DE
Inventors: Harry Wettermann
Original assignee: LWK LUFT WAERME KLIMATECHNIK G
Current assignee: LWK LUFT WAERME KLIMATECHNIK G
Priority date: 1974-01-08
Filing date: 1974-01-08
Publication date: 1975-07-17

Description

7. Januar 1974-HS/E

Anmelder: LvV¹K Luft-Wärme-Klimatechnik GmbH, 7031 Nufringen, Rohrauer Straße 77

Vertreter: Patentanwälte Dr.-Ing. Rudolf Schiering und Dipl.-Ing. Hans Schiering, 703 Böblingen, Westerwaldweg 4-

Rekuperativer Wärmeaustauscher zur wärmerückgewinnung in lufttecjmischen Anlagen

Die Erfindung bezieht sich auf einen rekuperativen Wärmeaustauscher zur Ifärmerückgewinnung in lufttechnischen Anlagen, bei dem eine Vielzahl abmessungsgleicher Platten zu einem Tauscherblock mit flachen, breitseitig aneinandergereihten Kammern zusammengefaßt ist, die Platten voneinander trennende Distanzleisten zur schmalseitigen Begrenzung der Kammern am Rand der Platten vorgesehen sind, die an jeder Kammer zum Luftdurchlaß erforderlichen Kammeröffnungen aus je einer Lücke in der Begrenzung mit Distanzleisten bestehen und die am Tauscherblock insgesamt vorhandenen Kammeröffnungen auf vier gesonderte Blockbereiche für die Abluftzufuhr, die Fortluftabfuhr, die Frischluftzufuhr und die Zuluftabfuhr verteilt sind.

v/ährend bei zur V/ärmerückgewinnung in lufttechnischen Anlagen bestimmten regenerativen Wärmeaustauschern eine

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Speichermasse wechselweise mit Abluft und Frischluft beaufschlagt wird, erfolgt bei entsprechenden rekuperativen V/ärmeaustauschern der Wärmeaustausch zwischen der Abluft und der Frischluft über luftundurchlässige Trennwände. Die Trennung der beiden Luftströme in den rekuperativen Wärmeaustauschern hat den Yorzug, daß die Übertragung von Partikeln oder gasförmigen Luftverunreinigungen von der Abluft in die Zuluft auf ein Minimum beschränkt bleibt.

Ein rekuperativer Wärmeaustauscher der eingangs angeführten Art ist bereits aus den "Schweizerischen Blättern für Heizung und Lüftung", 39· Jahrgang (1972), Ur. 3i Seite bekannt. Es handelt sich dabei um einen Wärmeaustauscher mit quadratischen Glasplatten als Trennwänden. Die vier Blockbereiche für die Abluftzufuhr, die Frischluftzufuhr, die Fortluftabfuhr und die Zuluftabfuhr sind in dieser Reihenfolge jeweils um einen rechten Winkel gegeneinander versetzt und nehmen jeweils eine ganze Außenfläche des Tauscherblocks für sich ein. Das bedeutet, daß in jeder Kammer quer zur Strömungsbahn eine äußerst ungleichmäßige Temperaturverteilung entsteht und sich der Wirkungsgrad der Wärmerückgewinnung in verhältnismäßig bescheidenen Grenzen hält. Andererseits führt die einfache Bauweise des Wärmeaustauschers bei der "Wärmerückgewinnung aus Abluft zu einem vergleichsweise niedrigen Investitionskostenaufwand. Hinzu kommt die Möglichkeit, sich an den Platten niederschlagende Kondensate leicht ableiten zu können und darüber hinaus mittels eingebauter Sprühdüsen von Zeit zu Zeit für eine Reinigung der Kammern von festen Schmutζablagerungen zu sorgen. Die Glasplatten des bekannten Wärmeaustauschers sind gegenüber aggressiven Luftverunreinigungen besonders resistent, sind aber dafür bei größeren Druckunterschieden zwischen den beiderseits vorbeiströmenden Luftmassen und bei Materialspannungen, wie

sie infolge der Vereisung von kondensierter Abluftfeuchtigkeit bei tiefen Außentemperaturen oder infolge hoher Temperaturdifferenzen entstehen, der Bruchgefahr ausgesetzt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wärmeaustauscher der eingangs angeführten Art zu schaffen, der unter Erhaltung der genannten Vorteile verbessert ist hinsichtlich des "Wirkungsgrades, der Leistungsfähigkeit, des Einsatzbereiches und der Einbaumöglichkeiten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die einzelnen Platten des Tauscherblocks die Form eines langgestreckten Rechtecks besitzen und die breitseitig aneinandergereihten Kammern jeweils an einem ihrer beiden Enden von Kammer zu Kammer wechselnd durch eine Distanzleiste verschlossen sind und unmittelbar vor dieser kurzen Distanzleiste eine seitliche Kammeröffnung aufweisen.

Nachdem die erfindungsgemäßen Merkmale anstelle des im Wirkungsgrad ungünstigen Kreuzstromprinzips die Anwendung des Gegenstromprinzips ermöglichen, kann die in der Abluft enthaltene Wärme fast hundertprozentig auf die Frischluft übertragen werden. Auf diese Weise ergibt sich ein wesentlich günstigeres Verhältnis zwischen den für die Wärmerückgewinnung erforderlichen Investitionskosten und den bei der Raumluftbeheizung eingesparten Energiekosten, wobei noch zu berücksichtigen ist, daß durch eine kleinere Dimensionierung der Heizanlage weitere Investitionskosten eingespart werden können. Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen jedoch insbesondere auch darin, daß sich die Leistung des Wärmeaustauschers mit der Strömungsgeschwindigkeit beträchtlich erhöhen läßt, in jeder Kammer quer zur Strömungsbahn eine gleichmäßigere Temperaturver-

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teilung entsteht, die Gefahr der durch Temperaturdifferenzen "bedingten Materialspannungen vermindert ist, die auf die Platten infolge von Druckdifferenzen einwirkenden Kräfte besser aufgefangen werden, im Tauscherblock Alternativlösungen für die Verteilung der vier Kammeröffnungsgruppen gegeben sind und für den wärmeaustauscher die Wahlmöglichkeit einer horizontalen oder vertikalen Unterbringung geschaffen ist.

Ein aufgrund vorteilhafter Ausgestaltungen besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 den Tauscherblock des Wärmeaustauschers ohne seine Ummantelung,

Fig. 2 einen Teil des Tauscherblocks in auseinandergezogenärer Darstellung,

Fig. 3 . den an den beiden Stirnseiten mit je einem Ventilator ausgestatteten Wärmeaustauscher in horizontaler Anordnung auf dem Boden,

Fig. 4 den an den beiden Stirnseiten mit je einem Ventilator ausgestatteten Wärmeaustauscher in vertikaler Anordnung an einer Gebäudewand und

Fig. 5 eine Variante des Wärmeaustauschers in Figur 4.

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Der in den Figuren 1 und 2 der Zeichnung wiedergegebene Tauscherblock 1 ist aus Platten 2 aufgebaut, deren Länge die Breite um ein Vielfaches übertrifft. Zur schmalseitigen Begrenzung der zwischen den Platten 2 gebildeten Kammern3 sind jeweils zwei lange Distanzleisten 4- und eine kurze Distanzleiste 5 vorgesehen. Zusaranengehalten wird der Tauscherblock 1 mit Hilfe von Verbindungsbolzen 6, die durch sämtliche Platten 2 und die jeweils dazwischenliegenden Distanzleisten 4 bzw. 5 hindurchgreifen. Die Platten 2 sind aus Kostengründen und in Hinblick auf eine gute Wärmeleitfähigkeit bevorzugt aus dünnem Aluminiumblech gefertigt. Es können jedoch auch andere Materialien wie Kunststoff, Glas oder Edelstahl zum Einsatz kommen. Der Tauscherblock 1 erhält eine Ummantelung 7 (s. Fig. 3)» die vorzugsweise aus verzinktem Stahlblech besteht und nach Bedarf durch Isolierungen verstärkt ist.

Um für den Tauscherblock eine noch größere Zahl von Anschlußmöglichkeiten zu schaffen und zudem mit einer einzigen Bauform des Tauscherblocks auszukommen, ist bei dem Tauscherblock 1 nach den Figuren 1 und 2 der Zeichnung dafür gesorgt, daß jede Kammer 3 unmittelbar vor ihrer kurzen Distanzleiste 5 zwei seitliche Kammeröffnungen 8 aufweist, die sich gegenüberliegen und in ihren Abmessungen entsprechen. In der Zeichnungsfigur 2 ist durch die Pfeile A und B für die beiden gegenläufigen Luftströme deutlich gemacht, wie die jeweils am einen Ende des Tauscherblocks 1 durch die Kammeröffnungen 9 eintretenden Luftströme vor den kurzen Distanzleisten 5 am anderen Ende des Tauscherblocks 1 in zwei Luftströme aufgeteilt werden. Im umgekehrten Fall werden jeweils zwei Teilströme beim Eintritt in die Kaimern 3 zusammengeführt.

Die zuletzt umrissenen Anschlußmöglichkeiten des Tauscherblocks 1 lassen sich nachträglich dadurch verändern, daß

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von den sich, vor den Enden des langgestreckten Tauscherblocks 1 jeweils paarweise gegenüberliegenden Karjneröffnungen 8 vor einem Ende des Tauscherblocks 1 sämtliche auf der einen Seite befindlichen Kammeröffnungen 8 eine gemeinsame Abdeckung 10 besitzen. Vorzugsweise ist jedoch vor beiden Enden des Tauscherblocks 1 je eine seitliche Abdeckung 10 für die auf einer Seite des Tauscherblocks 1 befindlichen Kammeröffnungen 8 vorgesehen. Auf diese Weise kann bei Bedarf eine dritte Fläche des Tauseherblocks I nachträglich von einem Luftkanalanschluß freigehalten werden (s. 5¹Ig. 3)· In Hinblick auf die nachträgliche Verschließung eines Teils der seitlich vor den kurzen Distanzleisten 5 befindlichen Kammeröffnungen 8 haben die Kammeröffnungen 8 und die an den Enden des Tauscherblocks 1 befindlichen Kammeröffnungen 9 dieselben Abmessungen. Beide in der Zeichnungsfigur 1 enthaltenen Abdeckungen 10 können ein fester Bestandteil der Ummantelung 7 des Tauscherblocks 1 sein. Nachdem jedoch die beiden Abdeckungen 10 jeweils auf die drei anderen der insgesamt vier Gruppen an seitlichen Karaaeröffnungen 8 umsetzbar eingerichtet sind, ist jederzeit ein beliebiger Wechsel zwischen den verschiedenartigen Anschlußmöglichkeiten des Tauscherblocks 1 möglich, so daß beispielsweise der Wärmeaustauscher nach der Zeichnungsfxgur 3 im Bedarfsfall in den Wärmeaustauscher nach der Zeichnungsfxgur 4- umgewandelt werden kann.

Um den Tauscherblock 1 insbesondere bei Verwendung dünner Platten 2 zusammen mit der Breite der Kammern 3 weiter vergrößern zu können, sind in den Kammern 3 des Tauscherblocks 1 in Ergänzung der zur schmalseitigen Begrenzung der Kammern 3 vorgesehenen Distanzleisten 4 und 5 weitere Distanzelemente eingefügt. Die auf die Platten 2 infolge von Druckdifferenzen einwirkenden Kräfte lassen sich dadurch noch besser auffangen. In der Zeichnungsfxgur 2 ist

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hierzu an der vordersten Platte 2 eine "besonders "bevorzugte Lösung dargestellt, wonach in jeder Kammer 3 über die Strömungsbahn verteilt als Distanzelemente mehrere quer zur Strömungs"bahn verlaufende Wellprofilstreifen 11 eingefügt sind. Die Wellprofilstreifen 11 haften geringe Gestehungskosten, verändern die Strömungsverhältnisse nur wenig und "behindern kaum das Aus sprühen der Kammern 3 und den Kondensatablauf.

Bei den in den Figuren 3 bis 5 eier Zeichnung wiedergegebenen Wärmeaustauschern ist an den "beiden Enden des langgestreckten Tauscherblocks 1 jeweils ein Ventilatorblock

12 an die Ummantelung 7 cLes Tauscherblocks 1 angeflanscht. Der eigentliche Ventilator 13 ist dabei stets durch gestrickelte Linien schematisch kenntlich gemacht. Während "bei dem Wärmeaustauscher nach der Zeichnungsfigur 3 ci-ie Fortluft G und die Zuluft D mit Hilfe der "beiden Ventilatoren

13 aus dem Tauscherblock 1 herausgesaugt werden und die Abluft E und die Frischluft F über je einen der beiden auf den Tauscherblock 1 oben aufgesetzten Luftschächte 14· nachströmen, werden bei den beiden vertikal angeordneten Wärme aus t aus ehern nach den Zeichnungsfiguren 4- und 5 cü-^e Abluft E und die Frischluft F von den beiden Ventilatoren in den Tauscherblock 1 heineingedrückt und die Fortluft C und die Zuluft D über an verschiedenen Längsseiten des Tauscherblocks 1 angeordnete Auslässe 15 und 16 herausgelassen. Zweckmäßigerweise besitzt daher jeder Ventilatorblock 12 zu seiner umgekehrten Befestigung an der Ummantelung 7 des Tauscherblocks 1 noch einen entsprechenden zweiten Flansch.

Beim Wärmeaustauscher nach der Zeichnungsfigur 4- ist zur Verhinderung des Vereisens von kondensierter Abluftfeuchtigkeit im Bereich des Fortluftauslasses 15 am Frischluft-

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einlaß ein mit einer thermostatischen Steuerung ausgerüstetes Torwärmregister 17 vorgesehen. Diese Ausgestaltung des Wärmeaustauschers gewinnt besondere Bedeutung, nachdem die Temperatur der Fortluft C mit dem beschriebenen Tauscherblock 1 wesentlich stärker der Temperatur der Frischluft F angenähert werden kann. Obwohl es sich um eine gelegentliche Anwärmung der Fortluft C handelt, wird durch das Vorwärmregister 17 primär die Temperatur der Frischluft F erhöht.

Beim Wärmeaustauscher nach der Zeichnungsfigur 5 ist dagegen der Zuluftauslaß 16 des Tauscherblocks 1 über einen Abzweigkanal 18 mit einer Mischkammer 19 am Eingang des dem Frischlufteinlaß des Tauscherblocks 1 vorgesetzten Ventilatorblocks 12 verbunden. Die abgezweigte Vorwärmluft G dient ebenfalls der Begegnung der Vereisungsgefahr, ohne daß jedoch dazu irgendeine Hilfsenergieguelle benötigt wird. Die zuletzt aufgezeigte Ausgestaltung des Wärmeaustauschers besitzt darüber hinaus noch den Vorteil, daß der durch die Lufterwärmung im Tauscherblock 1 bedingten Volumenerweiterung eine Entlastung geboten wird, die der Entstehung unerwünschter Druckunterschiede insbesondere bei einer übereinstimmenden Förderleistung der beiden Ventilatoren 13 entgegenwirkt»

Die beschriebenen Wärmeaustauscher lassen sich mit großem Erfolg überall dort einsetzen, wo durch einen starken Frischluf"fcbedarf sonst sehr viel Wärmeenergie nutzlos verlorengeht, beispielsweise in Schweißereien, in denen mit Schutzgas gearbeitet wird, in Wäschereien, in denen stark wärmehaltiger Dunst anfällt, oder in Trockungsanlagen, die mit erwärmter Außenluft versorgt werden müssen. Andererseits machen sich die beschriebenen Wärmeaustauscher auch dort rasch bezahlt, wo zwischen der Abluft und der

Frischluft oft nur ein verhältnismäßig kleines Temperaturgefälle "besteht. So können sie zum Beispiel in landwirtschaftlichen Betrieben dazu dienen, bei Bedarf beträchtliche Teile der Stallwärme zu erhalten und gleichzeitig Zugerscheinungen zu vermeiden.

9 Ansprüche

2 Blatt Zeichnung

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Claims

Patentanspr ü c h e

Rekuperativer Wärme austauscher zur Wärmerückgewinnung in lufttechnisehen Anlagen, "bei dem eine Vielzahl abmessungsgleieher Platten zu einem Tauscherblock mit flachen, breitseitig aneinandergereihten Kammern zusammengefaßt ist, die Platten voneinander trennende Distanzleisten zur schmalseitigen Begrenzung der Kammern am Rand der Platten vorgesehen sind, die an jeder Kammer zum Luftdurehlaß erforderlichen Kammer öffnungen aus je einer Lücke in der Begrenzung mit Distanzleisten "bestehen und die am Tauscherblock insgesamt vorhandenen Kammer öffnungen auf vier gesonderte Blockbereiche für die Abluftzufuhr, die Fortruf tabf uhr, die Frischluftzufuhr und die Zuluftabfuhr verteilt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Platten (2) des Tauscherblocks (1) die Form eines langgestreckten Rechtecks besitzen und die breitseitig aneinandergereihten Kammern (3) jeweils an einem ihrer beiden Enden von Kammer zu Kammer wechselnd durch eine Distanzleiste (5) verschlossen sind und unmittelbar vor dieser kurzen Distanzleiste (5) eine seitliche Kammeröffnung (8) aufweisen.
2. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daii jede Kammer (3) unmittelbar vor ihrer kurzen Distanzleiste (5) zwei seitliche Kammeröffnungen (8) aufweist, die sich gegenüberliegen und in ihren Abmessungen entsprechen.

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3. Wärmeaustauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß von den sich Tor den Enden des langgestreckten Tauscherblocks (1) jeweils paarweise gegenüberliegenden Kammeröffnungen (8) vor einem Ende des Tauscherblocks (1) sämtliche auf der einen Seite befindlichen Kammeröffnungen (8) eine gemeinsame Abdeckung (10) besitzen.
4·. Wärmeaustauscher nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß vor beiden Enden des Tauscherblocks (1) je eine seitliche Abdeckung (10) für die auf einer Seite des Tauscherblocks (1) befindlichen Kammeröffnungen (8) vorgesehen ist.
5· Vifärmeaustauscher nach Anspruch 4·, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Abdeckungen (10) jeweils auf die drei anderen der insgesamt vier Gruppen an seitlichen Kammeröffnungen (8) umsetzbar eingerichtet sind.
6. Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in den Kammern (3) des Tauscherblocks (1) in Ergänzung der zur schmalseitigen Begrenzung der Kammern (3) vorgesehenen.Distanzleisten (4-, 5) weitere Distanzelemente (11) eingefügt sind.
7. Wärmeaustauscher nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder Kammer (3) über die Strömungsbahn verteilt als Distanzelemente mehrere quer zur Strömungsbahn verlaufende Wellpiofilstreifen (11) eingefügt sind.

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8. Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 "bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß zur Verhinderung des Vereisens von kondensierter Abluftfeuchtigkeit im Bereich des Fortluftauslasses (G) am Frischlufteinlaß (F) ein mit einer thermostatischen Steuerung ausgerüstetes Vorwärmregister (17) vorgesehen ist.
9. Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 Ibis 7» dadurch gekennzeichnet, daß der Zuluftauslaß (D) des Tauscherblocks (1) über einen Abzweigkanal (18) mit einer Mischkammer (19) am Eingang eines dem Frischlufteinlaß (F) des lauscherblocks (1) vorgesetzten Ventilatorblocks (12) verbunden ist.

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