EP0283718B1

EP0283718B1 - Gegenstromwärmetauscher

Info

Publication number: EP0283718B1
Application number: EP88102398A
Authority: EP
Inventors: Johann Schönhammer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1987-03-25
Filing date: 1988-02-19
Publication date: 1990-09-12
Anticipated expiration: 2008-02-19
Also published as: EP0283718A1; DE3860582D1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Gegenstromwärmetauscher nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein derartiger Wärmetauscher ist aus der DE-A 3 102 523 bekannt.
Derartige Wärmetauscher sind Arbeitsgerätschaften, die insbesondere in der Landwirtschaft zur Stallbe- und Stallentlüftung, aber auch für gewerbliche Räume verwendet werden. Bei manchen Anwendungen ist eine unbrennbare oder schwer entflammbare Ausführung erforderlich. Die Wärmetauscher dienen der Anwärmung der kalten Zuluft im Winter durch die warme Abluft und damit der verbesserten Energieausnützung und der Ermöglichung höherer Luftaustauschraten. Zum Betrieb des Zu- und Abluftsystems mit Wärmetauscher werden nur zwei Gebläse benötigt, im übrigen ist zumindest der vertikal in einem Schacht oder Kamin eingesetzte Wärmetauscherblock betriebskosten- und wartungsfrei, insbesondere reinigt er sich selbst durch das sich an den Wänden sammelnde und nach unten ablaufende Kondenswasser. Die Wärmetauscher werden deshalb bevorzugt mit vertikalen Kanälen, zumindest jedoch mit einer nennenswerten Vertikalkomponente montiert. Mit derartigen Wärmetauschern sind bereits Wirkungsgrade über 50% erzielt worden.
Der bekannte Gegenstromwärmetauscher nach der DE-A 3 102 523 ist als Folienwabenwärmetauscher mit vertikalen Kanälen ausgebildet und dessen Durchströmkanäle sind gemäß einer Ausführungsform aus Wellenbahnen aus Kunststoff gebildet, die so zusammengesetzt sind, daß sie die parallelen vertikalen Luftkanäle bilden. In einem Wärmetauscherblock wechseln sich in horizontalen Schnittebenen in den Hauptrichtungen die Querschnittsflächen der aufsteigenden Abluftkanäle mit den Querschnittsflächen der absteigenden Zuluftkanäle ab. Gemäß einer speziellen Ausführungsform werden die Kanäle auch durch Hohlkammerprofilplatten gebildet, deren Hohlkammern ein ellipsenförmiges Profil aufweisen.
Zur Erhöhung des Wärmeübergangs durch die Wand eines Wärmeabgaberohrs ist es auch bekannt (Patent Abstracts of Japan, Band 10, Nr. 130, 14. Mai 1986 betreffend JP-A 60 256 798), das im Querschnitt rechteckige Rohr schraubenartig zu -wendeln, wodurch der Luftstrom im Rohr gestört und damit ein Austausch der Luftmassen an der Wand und im Rohrinneren bewirkt werden soll. Weiterhin ist es bei einem Kühlrohr in einem Kondensator bekannt (US-PS 3 875 997), daß das Rohr bei konstanter Wandstärke kannelliert ist, etwa in Form von im Querschnitt kreissegmentförmigen Wülsten, deren Berührungspunkte in einer Querschnittebene ein Achteck ergeben. Diese Wülste verlaufen schräg um das Rohr, wobei der Umlaufsinn in Abständen entlang der Rohrlänge wechselt. Schließlich ist es zur Erhöhung des Wärmeübergangs auch bekannt (GB-PS 828 992), den Rohrdurchmesser zu ändern, insbesondere ihn stellenweise einzuschnüren.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Wirkungsgrad des Gegenstromwärmetauschers ohne Inkaufnahme sonstiger funktioneller Nachteile durch Erhöhung der durch die jeweiligen Wände hindurch herrschenden Temperaturunterschiede noch weiter zu verbessern.
Dies wird durch die im Anspruch 1 oder 6 gekennzeichnete Erfindung erreicht. Sie betrifft nicht-rotationssymmetrische erste Kanäle, also mit nichtkreisförmigem Querschnitt, der sich entlang der Kanallänge wendelt, bzw. erste oder zweite Kanäle mit sich entlang der Kanallänge änderender Querschnittsfläche, wobei durch die wechselnden Charakteristiken eine gute Luftverwirbelung stattfindet bzw. eine Luftverdrängung und ein Hin- und Herströmen zwischen benachbarten ersten oder benachbarten zweiten Kanälen stattfindet, so daß stets wieder Medium aus dem Inneren mit noch ursprünglicher Temperatur an die Trennwand zwischen den Kanälen gebracht wird. Gemäß einem optimalen Konzept sind diese beiden Aspekte kombiniert.
Die gekennzeichnete Erfindung einerseits mit der alternierenden Wendelung des Kanalquerschnitts entlang der Erstreckung der ersten Kanäle, also insbesondere mit schraubenförmig hin- und herdrehenden Kanten oder Querschnittsachsen mit sprunghaftem Wechsel, wobei beispielsweise zwei, aber auch mehr Abschnitte von jeweils wechselnder Wendelrichtung vorhanden sein können, - Ansprüche 1 bis 5 -, und andererseits mit der sich ändernden Querschnittsfläche und resultierender Verdrängung des Mediums - Anspruch 6 - ergibt eine so gewendelte bzw. pulsierende Ausführung, daß sich in diesen ersten oder zweiten Kanälen und auch in den gegensinnig durchströmten zweiten bzw. ersten Kanälen, die dazwischenliegen, die Luftströme verwirbeln und immer wieder von der Trennwand ablösen, so daß nicht innerhalb dieser Kanäle, die beispielsweise die aufsteigenden Abluftkanäle sind, eine warme Kernsäule bis zum oberen Luftabzug weitgehend ohne Kontakt mit der Wärmetauscherwand aufsteigt, vielmehr wird die Luft in den Kanälen jeweils in wieder scharf umgesteuerten Drall bzw. in Hin -und Herbewegung zwischen den Kanälen versetzt, wodurch sich ständig wechselnde Anteile im wärmetauschenden Wandkontakt befinden. Diesbezüglich wird bereits ein Fortschritt erzielt, wenn nur eine der beiden Kanalarten, also Abluftkanäle oder Zuluftkanäle, die darin geführte Luft entsprechend verwirbeln, ein weiter verbessertes Ergebnis erzielt man indessen, wenn beide Kanäle erfindungsgemäß ausgeführt sind, nämlich der erste Kanal mit unstetig umgesteuertem Drall und der zweite Kanal mit Hin- und Herbewegung. Anders als bei einem einfachen Wabenwärmetauscher, wird also eine starke Verwirbelung erzeugt.
Die Verwirbelung der Luftströme kann durch zusätzliche Maßnahmen, in den Zuluftkanälen auch durch Luftleitbleche - die in den Abluftkanälen den Selbstreinigungseffekt stören würden - gesteigert werden. Anspruch 4 gibt diesbezüglich ergänzende Maßnahmen an, wobei insbesondere ein progressiver Drall zwischen den Änderungspunkten als zweckmäßig erachtet wird.
Eine spezielle Ausführungsform nach Anspruch 5 sieht vor, daß die Drehung der Querschnitte der ersten Kanäle gleichzeitig mit einem Versatz der Querschnittsmittelpunkte einhergeht, insbesondere so, daß in der Projektion des Kanals auf die Horizontale keine Fläche vorhanden ist, die von oben bis unten vollständig nur dem betreffenden Kanal zugeordnet ist. Auch hierdurch wird vermieden, daß entlang der Kanal-Längsachse ein mittlerer Luftfaden stehenbleibt, der zum Wärmeaustausch wenig beiträgt.
Gemäß Anspruch 8 ergibt sich die zweckmäßige Situation, daß gleichsinnig durchflossene erste Kanäle, insbesondere die warmen Abluftkanäle, einander nur punktweise, ggf. über kurze Stege, berühren. Dies stellt einen weiteren Effekt der Erfindung dar, da durch die Formgebung der Kanäle lange Längsbereiche der Berührung gleichartiger Kanäle vermieden werden, was wiederum die effektive Wärmetauscherfläche erhöht. Da auch die Wendelungen bzw. Erweiterung und Verengung an sich die Wärmetauscherfläche pro Höhe des Wärmetauscherblocks erhöhen, kann diese Höhe insgesamt bei gleichem Effekt niedriger gehalten werden.
Entlang den Kanälen, insbesondere an den Wendel- oder Flächenänderungs-Wendepunkten, können nach Anspruch 10 spezielle Wirbelkammern eingefügt sein, die insbesondere die Konfiguration hohler Würfel haben können. Der insbesondere mit Drall hereinströmende Luftstrom verfängt sich an den Innenflächen der Würfel und mischt sich hierdurch neu. Sind die Wirkelkammern angenähert eher rund, so dienen sie als relative Ruhestrecken in der Länge des Wärmetauschers. Durch die Wahl der Länge dieser Wirbelkammern läßt sich eine Anpassung zwischen der Länge des Wärmetauschers und der zur Verfügung stehenden Gebläseleistung durchführen.
Nach Anspruch 11 können die Kanäle in an sich bekannter Weise (DE-AS 1 102 191, DE-PS 3 102 523) aus Profilplatten gebildet werden, die jedoch nicht nur im Horizontalschnitt, sondern auch im Vertikalschnitt ein Profil aufweisen. Bei passender Konstruktion genügen Profilplatten einer einzigen Profilierung, die passend zusammengefügt werden, was Lagerhaltung und Montage erheblich vereinfacht.
Die Verbindung der Profilplatten erfolgt zweckmäßigerweise nach dem Anspruch 12, wobei die Luft zwischen den Kanälen hin- und herwechseln muß, was zu einer verstärkten Verwirbelung führt. Die Maßnahme nach Anspruch 13 fördert weiterhin den Luftwechsel zwischen den Kanälen.
Für den Wärmetauscher wird, wie es bei den beschriebenen Beispielen angenommen wurde, aufgrund des gewünschten Selbstreinigungseffekts insbesondere der Abluftkanäle eine stehende, also vertikale Anordnung bevorzugt. Es kommt jedoch auch eine liegende Anordnung nach Anspruch 14 in Frage, die bei manchen vorhandenen Gebäuden leichter zu installieren ist. Hierbei müßten dann die geschlossenen ersten Kanäle die Frischluftkanäle und deren Zwischenräume, die ja gegeneinander offen sind, also die zweiten Kanäle die Abluftkanäle sein und eine Regneranlage enthalten, mit deren Hilfe die Schmutzablagerungen aus diesen zweiten Kanälen, also von den Außenseiten der geschlossenen Kanäle, ausgewaschen werden können.
In der folgenden Beschreibung wurden an Hand der Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Ansicht der Kanalanordnung eines Gegenstromwärmetauschers, aus einer durch den Wärmetauscher gelegten Ebene I-I in Fig. 2 gesehen;
Fig. 2 eine schematische Seitenansicht zweier benachbarter Abluftkanäle des Gegenstromwärmetauschers nach Fig. 1, mit in seinen verschiedenen Höhen durch ein Achsenkreuz schematisch angedeuteten Querschnitten;
Fig. 3 drei ausschnittweise Querschnitte durch den Gegenstromwärmetauscher in verschiedenen in Fig. 1 angezeigten Höhenebenen;
Fig. 4 drei Horizontalschnittdarstellungen in verschiedenen Höhen ähnlich Fig. 3 durch einen abgewandelten Gegenstromwärmetauscher;
Fig. 5 und 6 Querschnitte entsprechend Fig. 3 durch einen Wärmetauscher mit abgewandelter Kanai-Querschnittsform;
Fig. 7 sechs Horizontalschnitte durch einen weiterhin abgewandelten Gegenstromwärmetauscher;
Fig. 8 drei ausschnittweise Querschnitte durch eine abgewandelte Konstruktion des Gegenstromwärmetauschers;
Fig. 9 einen Teilschnitt durch den Wärmetauscher nach Fig. 13 in einer Ebene IX-IX;
Fig. 10 einen Teilschnitt durch den Wärmetauscher nach Fig. 13 in einer Ebene X-X;
Fig. 11 einen schematischen Schnitt entsprechend einer Ebene XI-XI in Fig. 1 bei einer abgewandelten Ausführungsform;
Fig. 12 in perspektivischer Darstellung einen Ausschnitt aus dem Block eines weiterhin abgewandelten Wärmetauschers.

Fig. 1 veranschaulicht einen Ausschnitt, nämlich einen Längenbereich, eines Wärmetauschers in gestreckter Ausführung, wie er der praktischen Verwirklichung zumeist nahekommen dürfte. Es handelt sich um eine Schnittdarstellung in einer Ebene ent- : sprechend I-I in Fig. 2, die den Wärmetauscher zur besseren Veranschaulichung etwas gedrängter 3 zeigt. Fig. 3, schließlich, zeigt Querschnitte in Höhenebenen a, b und c, während weitere Querschnitte in Fig. 2 durch Achsenkreuze in gleichen Höhen angedeutet sind. Der Wärmetauscher weist parallel durchströmte in einer ersten Richtung durchströmte geschlossene erste Kanäle auf, zwischen denen untereinander kommunizierende, parallel im entgegengesetzten Sinn durchströmte zweite Kanäle auf. Beim beschriebenen Beispiel sind die ersten Kanäle Abluftkanäle 1 und die zweiten Kanäle Zuluftkanäle
In den verschiedenen Schnittdarstellungen sind nicht die im Hintergrund noch sichtbaren Kanten, sondern nur die Schnittkanten selbst dargestellt. 3 Fig. 3 zeigt also in drei höhenmäßig relativ nahe beieinanderliegenden Horizontalschnitten a, b und c (Fig. 1) einen Ausschnitt aus einem insgesamt einen Block bildenden Kanalsystem eines Gegenstromwärmetauschers, mit den Abluftkanälen 1, deren elliptischer Querschnitt gewendelt ist, indem seine lange Ellipsenachse 2 sich von unten nach oben dreht, so daß die Enden der Achsen 2 jeweils Schraubenlinien 2' beschreiben. Es sei angenommen, der Schnitt a sei in einer Ebene im unteren Bereich des Wärmetauscherblocks gelegt. Die Achse 2 des in der Darstellung rechts oben befindlichen Abluftkanals 1 liegt in der Schnittebene a parallel zur vorderen und hinteren Bildkante. In der Schnittebene b weist die Achse 2 dieses Kanals zur vorderen und hinteren Bildkante bereits einen Winkel von ca. 20_° und in der Schnittebene c von 40_° auf. Bei der Ausführung nach Fig. 1 und 2 setzt sich die Drehung schraubenartig von unten bis oben bis zu einer Stelle sprunghafter Änderung fort, wobei je nach Höhe des Wärmetauscherblocks und seiner stetigen Längenabschnitte Drehungen selbst von mehr als 360° erreicht werden können.
Zwischen den Abluftkanälen 1 befinden sich Zwischenräume, die im Horizontalschnitt jeweils etwa viereckig mit geschweiften Kanten sind und als die Zuluftkanäle 3 dienen. Diese Vierecke der Zuluftkanäle 3 wechseln zwar mit den Drehungen der Abluftkanäle 1 im einzelnen ihre Größe, ihre Summe bleibt jedoch gleich. Soweit die Summe der Zuluftkanalquerschnitte und die Summe der Abluftkanalquerschnitte sich nicht genau gleichen, können sich die Luftdurchsätze durch unterschiedliche Strömungsgeschwindigkeiten aneinander angleichen, überwiegend wechseln jedoch, sofern möglich, Luftanteile zwischen den Kanälen der gleichen Kategorie - Abluft bzw. Zuluft - hin und her. Während in den Abluftkanälen relativ warme und feuchte Stallluft nach oben aufsteigt, wird durch die Zuluftkanäle 3 kalte Außenluft von oben nach unten angesaugt. Die Abluftkanäle 1 und die Zuluftkanäle 3 sind durch relativ dünne im wesentlichen aufrechtstehende Wände 4 voneinander getrennt, zwischen denen ein Wärmeübergang von den Abluftkanälen 1 zu den Zuluftkanälen 3 stattfindet. Aufgrund des sprunghaft wechselnden Dralls, den die gewendelten Abluftkanäle auf die jeweilige darin fließende Luftströmung ausüben, wird die Luft ständig neu verwirbelt und löst sich von der Wand, um dort durch Luft aus der Mitte ersetzt zu werden, so daß für eine gleichmäßige Beteiligung des gesamten Luftvolumens am Wärmetauschvorgang gesorgt ist. Durch die wendelartige Verdrehung der Querschnittsausdehnung der Abluftkanäle 1 wird zugleich die Oberfläche dieser Kanäle und damit die Wärmetauschfläche vergrößert. Bei der Ausführung nach Fig. 1 bis 3 wird auch die Zuluft erheblich verwirbelt, und zwar durch deren Querschnittsänderungen, die eine Luftverdrängung zwischen den einzelnen Zuluftkanälen 3 erzwingen, wie in Fig. 3 durch Pfeile angedeutet ist. In den Schnitten 3b einerseits und 3c andererseits sind hinsichtlich der LuftVerdrängung etwas unterschiedliche Ausführungen ,-symbolisiert, wie noch beschrieben wird. Das Kondenswasser, das sich im Inneren der Abtuftkanäte.1 an deren Wand absetzt, läuft ungehindert af_?,der Wand entlang herunter und reinigt in an sich bekannter Weise die Innenwand der Abluftkanäle, was durch die eckenfreie Konstruktion dieser Kanäle gefördert wird. Das Kondenswasser wird unten abgefangen und abgeführt. In den Zuluftkanälen 3 sammelt sich weniger Schmutz und kaum Kondenswasser, so daß örtliche spitzwinklige Eckkanten dieser Kanäle keine Beeinträchtigung bringen.
Zur Konstruktion des Wärmetauschers nach Fig. 1 bis 3 können entsprechend verdrillte Kanalleitungen mit elliptischem Querschnitt verwendet werden. Es ist jedoch auch möglich, den Querschnitt aus Profilplatten 5 zusammenzusetzen, die in ihrer Hauptrichtung parallel zueinander quer durch den Block des Wärmetauschers verlaufen und diesen hierdurch aufbauen. Für die jeweils äußerste der dargestellten Wandbereiche ist in den Schnittdarstellungen von Fig. 3 jeweils noch getrennt die jeweilige Schnittansicht der einzelnen Profilplatte 5 dargestellt. Durch phasenrichtiges Zusammenbauen derartiger Profilplatten ergeben sich automatisch die Abluftkanalwendeln und die dazwischenliegenden spitzkantigen Zuluftkanalzwickel. Die Ränder des Blocks können ungefaßt sein, also im montierten Zustand durch die Gebäude-Schachtwand gebildet werden, oder können in an sich bekannter Weise (DE-PS 3 102 523) durch spezielle Profilplatten gebildet sein.
Bei einem Aufbau des Wärmetauschers aus den Profilplatten 5 kann die aus der Luftverdrängung resultierende Querströmung nur jeweils in einer Ebene parallel zu diesen Profilplatten erfolgen. Während die diese Querströmung zeigenden Pfeile in Fig. 3b für den Fall eingezeichnet sind, daß einzelne verdrillte Kanalleitungen verbaut sind, geben die Pfeile in Fig. 3c den Fall an, daß Profilplatten 5 verwendet wurden.
Im Fall einzelner verdrillter Kanalleitungen haben zweckmäßigerweise alle dieser Kanalleitungen einen gegenseitigen Abstand zum Durchtritt der Zuluft vom einen zum anderen der Kanäle 3, jedoch sind zur Bildung des Wärmetauscherblocks in manchen Horizontalschnitten Koppelpunkte 7 vorhanden, beispielsweise in Form von Steck- oder Schnappnoppen. Stecknoppen können bei der Montage auch noch geklebt werden. Ist der Wärmetauscherblock aus Profilplatten 5 zusammengesetzt, so ist es eine Frage der Einzeldimensionierung, ob die Platten gitterplattenartig, also mit Löchern zum Austausch zwischen den beiderseitigen Zuluftströmen gebaut sein können oder ob, wie nach Fig. 3c, der Zuluftaustausch nur parallel zu den Platten 5 möglich ist. Die Profilplatten 5 weisen ebenfalls zum Aneinanderheften paralleler Kanalreihen Koppelpunkte 7 auf, außerdem werden zweckmäßigerweise an Koppelstreifen 7', die zwischen den Kanälen liegen, die beiden jeweils eine Kanalreihe bildenden Profilplatten 5 miteinander verbunden, insbesondere verklebt. Sie können auch durch Kleinprofile oder Steckmittel örtlich aneinander festgelegt sein, damit die insgesamt nicht sehr starren Plattenstapel eine korrekte Ausrichtung erhalten und beibehalten.
Gemäß Fig. 3 wechseln sich die benachbarten Abluftkanäle 1 hinsichtlich der Orientierung ihrer Querschnittsachse 2 stets ab. Fig. 4 zeigt die Anordnung elliptischer Kanäle in etwas anderem Muster. Während sich nach Fig. 3 die beiden Ausrichtungen in jeder Schnittebene alternierend abwechselten, haben nach Fig. 4 in einer Grundrichtung benachbarte Kanäle parallele Achsen 2 und in der anderen Grundrichtung aufeinander senkrechte Achsen 2. Fig. 4 zeigt eine solche Ausführung aus Profilplatten 5 aufgebaut. Die Platten 5 sind wieder, wie unter Bezugnahme auf Fig. 3 beschrieben, am Koppelstreifen 7' zur Bildung der Kanalreihen zusammengeklebt und an in Vertikalrichtung beabstandeten Koppelpunkten 7 von Kanalreihe zu Kanalreihe zusammengeheftet. Wie ersichtlich, sind die Kanäle in Reihen 8 und Spalten 9 angeordnet, und bei der dargestellten Ausführungsform sind die längeren Achsen 2 der Kanäle 1 jeder Spalte in jeder Horizontalschnittebene zueinander parallel. Die Profilplatten 5 haben deshalb in jeder Schnittebene für alle Reihen und deren gegenüberliegende Seiten gleiches Profil, für die gegenüberliegenden Seiten allerdings in Kopfüber-Anordnung. Der Wärmeaustauscherblock läßt sich also aus gleichen Profilplatten zusammenbauen.
Die Figuren 5 und 6 zeigen Anordnungen entsprechend Fig. 3 bzw. 4, jedoch mit einer abgewandelten Kanalquerschnittsform, die nach Fig. 5 rautenförmig und nach Fig. 6 trapezförmig ist. Wie in Fig. 5 eingezeichnet, beschreiben Kanten 2' und 3', die bei den Rauten von Fig. 5 an den Enden der Rautenachsen 2 bzw. 3 sitzen, entlang dem Kanal Schraubenlinien.
Fig. 7 zeigt anhand von sechs zwischen zwei Wendel-Umkehrstellen liegenden benachbarten Horizontalschnitten a, b, c, d, e und f eine Ausführung, die anhand rechteckiger Kanalquerschnitte dargestellt ist. Die Querschnitte könnten jedoch auch eine andere längliche Form aufweisen. Die Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, daß beispielsweise zwischen den Schnitten in den Schnittebenen a und e oder b und f die zusammengehörigen Kanäle keinerlei Deckung aufweisen, so daß es vollkommen ausgeschlossen ist, daß sich in einem mittleren Kanalkern eine Strömungssäule einstellt, die ohne Austausch mit den umgebenden Schichten gerade durchzieht.
Dies wird erreicht durch zwei Sätze von Kanalwendeln, die wiederum die Abluftkanäle sind und mit 1' bzw. 1" bezeichnet sind. In der Darstellung nach Fig. 4 drehen sich die langen Achsen 2 der Kanäle 1' in der Fortschreitungsrichtung von a nach f im Gegenuhrzeigersinn und diejenigen der Kanäle 1" im Uhrzeigersinn. Ein strichpunktiert eingezeichnetes Quadrat 10 kann als Raumbereichsreferenz dienen, es zeigt in sämtlichen Schnittdarstellungen eine gleiche prismenförmige Raumsäule. Seitlich in das Bild hereinwandernde, im Schnitt a noch nicht sichtbare Kanalquerschnitte sind gestrichelt eingezeichnet. Die Kanalwände sind in Abständen durch die Koppelstellen 7 in Form von Stegen miteinander verbunden.
Für die Verwirbelung ist es besonders vorteilhaft, daß sich der Drehsinn der Wendel im Verlauf der Höhe ein- oder mehrmals umkehrt. Gemäß Fig. 1 und 2 ist in einer gegebenen Drehphase jeweils eine Wirbelkammer 8 in Form eines Hohlquaders eingesetzt, an dessen beiden Anschlußseiten der Drehsinn der Kanalquerschnitte entgegengesetzt ist, wie die Darstellung der Linien 2' und 3' der Achsenenden zeigt. Die Kupplungen 7 sind in Abständen entlang der Länge der Kanäle, und zwar in zweckmäßiger Weise jeweils an den Wirbelkammern 8, angeordnet und schaffen auf diese Art einen festen Block des Wärmetauschers. Diese Kupplungen 7 bestehen gemäß Fig. 2 aus an den Profilplatten angeformten Rohrstücken mit Zentrierenden, die miteinander verklebt werden. Durch Zwischenscheiben an den Kupplungen 7 kann der gegenseitige Abstand der Kanäle gewählt werden, was einen Einfluß auf den Strömungswiderstand zwischen den einzelnen Kanälen 4, zwischen denen die Luft aufgrund der Volumenänderungen bei der Drehung des Querschnitts der Kanäle 1 hin- und herströmt, hat und somit eine Anpassung an die Gebläseleitung erlaubt. In der Darstellung von Fig. 2 sind keine Koppelstreifen 7' gezeigt, es kann also davon ausgegangen werden, daß hier die Kanäle nicht aus Profilplatten hergestellt sind, sondern in der zur Zeichenebene senkrechten Richtung ebenfalls durch (nicht dargestellte) Kupplungen 7 verbunden sind.
Die Wirbelkammern 8 schaffen in der dargestellten Ausführung in an sich bekannter Weise (GB-PS 828 992) eine Querschnittserweiterung der Abluftkanäle 1 und eine Querschnittsverengung der durch den Zwischenraum gebildeten Zuluftkanäle 4, der aber keine komplementären Zuluftkanal-Erweiterung zugeordnet ist, so daß es sich um eine reine Einschnürung handelt. Solche Einschnürungen haben einen Einfluß auf den Durchströmungswiderstand des Wärmetauschers. Durch die Wahl von Form - auch zylindrisch - und Größe - also Querschnitt und Länge - der Wirbelkammern 8 kann eine Optimierung hinsichtlich des Wärmeaustauschs bei gegebener Gebläseleistung im Hinblick auf die Durchströmungsgeschwindigkeit angestrebt werden.
Die Figuren 8 bis 10 zeigen noch eine Ausführungsform, die sich für die Verwirbelung der Luftströme nur der Luftverdrängung bedient. Während die aufwärts durchströmten Abluftkanäle 1- ihre Querschnittsfläche im wesentlichen beibehal- .ten, jedoch die Querschnittsform ändern und in Abständen durch auseinanderklaffende Profilplatten 5 miteinander verbunden sind, wechseln die Zuluftkanäle 3 ihren Durchströmquerschnitt in erheblichem Maßg_i, wodurch die insgesamt abwärts ströde Zuluft zu einem ständigen Wechsel zwischen den benachbarten Kanälen gezwungen ist. Hierdurch wird stets wieder frische, kühle Zuluft an die Kanalwände herangebracht, in denen innenseitig insbesondere durch Kondensation von Kondenswasser in der Abluft Wärme freigesetzt wird. In den Bereichen 13, in denen die Profilplatten 5 an den Streifen zwischen den Abluftkanälen 1 nicht miteinander vernunden sind, sondern auseinanderklaffen wird zusätzliche Wärmeübergangsfläche gewonnen
Die Figuren 8 bis 10 stellen die Querschnittsvariationen anhand von sich ändernden Trapezquerschnitten der Abluftkanäle 1 dar. Dies ist ein Beispiel, einleuchtenderweise sind auch andere Querschnitte, insbesondere abgerundete unsymmetrische Querschnitte, zur Erzielung des Effekts geeignet.
In der Darstellung von Fig. 1 ist zwischen zwei Schachtwänden 11,11, eine aus zwei Profilplatten 5 zusammengeklebte Tauscherplatte sichtbar, genaugenommen ist nur deren dem Betrachter zugewandte Profilplatte 5 erkennbar. Zwischen den Abluftkanälen 1 liegen die Koppelstreifen 7' in Form von Klebestegen. Die Zuluftkanäle 3 haben also jeweils innerhalb von Kanalgruppen, die durch die aus zwei Profilplatten gebildete Tauscherplatte getrennt sind, untereinander Kontakt, während die Abluftkanäle 1 im Verlauf ihrer Länge nicht miteinander kommunizieren.
Bei einer in vorteilhafter Weise abgewandelten Ausführungsform nach Fig. 11 kommunizieren jedoch auch die Abluftkanäle 1 miteinander, wobei zugleich deren Durchströmungsquerschnitt Änderungen unterworfen ist. Fig. 11 zeigt einen Schnitt entsprechend einer etwas geschwungenen Ebene XI-XI in Fig. 1 durch den Koppelstreifen 7'. Die Darstellung nach Fig. 1 kann auch für diese Ausführungsform gelten.
Die Profilplatten 5 sind hierbei im Bereich der Koppelstreifen 7' nur in Abständen, nämlich in Bereichen 12, miteinander verklebt, während sie in den Zwischenbereichen 13 auseinanderklaffen und eine Kommunikation zwischen den benachbarten Abluftkanälen ermöglichen. Hierdurch wird nicht nur eine gewisse Luftzirkulation zwischen den Abluftkanälen und damit eine verstärkte Verwirbelung erreicht, sondern auch erreicht, daß die Zuluft in noch stärkerem Maße zwischen den Kanälen hin und her wechseln muß; dies deshalb, weil die durch das Klaffen erhöhte "Talsohle" des Koppelstreifens 7', die eine sattelartige Verflachung der zwischen den Abluftkanälen gebildeten Rinne, die den Zuluftkanal 3 bildet, stets dann vorliegt, wenn auch diese Rinne von den Seiten her, also von den Wänden des Abluftkanals 1 her, eingeengt ist. Hierdurch wird verstärkt ausgenützt, daß in den beiden Luftströmungsrichtungen unterschiedliche Wärmeaustauschmechanismen vorliegen. Bei der Abluft herrscht latente Wärme, die hauptsächlich im Wasserdampf besteht, der an den kalten Wänden kondensiert und hierdurch Wärme an diese Wände abgibt. Beim Zuluftkanal herrscht jedoch "sensible" Wärme, die durch die Verdrängung und Luftströmung übergeben wird.
Fig. 12 zeigt perspektivisch einen Ausschnitt aus einem Wärmetauscherblock in liegender Anordnung. Die Wärmetauscherplatten sind hierbei wiederum jeweils aus zwei Profilplatten zusammengebaut und die einzelnen Kanäle weisen pulsierende Querschnitte und zwischen sich Kommunikationsverbindungen auf, die die Verdrängungsluft zwischen benachbarten Kanälen führen. Die einzelnen Profilplatten 5 bestehen hier aus Aluminium, das nur in geringerem Maße tiefziehbar ist und das deshalb ein verhältnismäßig flaches Profil ergibt. Der Wärmetauscher ist aufgrund dieser Materiaiwahi unbrennbar. Das relativ flache Profil eignet sich speziell für eine liegende Anordnung, da die abgerundeten Kanten und die mäßige Konvexität eine Reinigung durch im Bereich der Abluftkanäle über die Platten rieselndes Wasser begünstigen.
Die Zuluftströme sind durch Pfeile symbolisiert. Ersichtlich wechselt ein Teil der Zuluft im Verlauf der Verengungen und Erweiterungen der einzelnen Kanalquerschnitte zwischen benachbarten Kanälen hin und her. Desgleichen wechselt auch die Abluft entlang der Oberfläche der Profilplatten 5 zwischen den benachbarten Kanälen hin und her, da auch sie entsprechend dem unterschiedlichen Querschnittsbedarf der Zuluftkanäle ausweichen muß.
Gemäß einer weiteren (nicht dargestellten) Abwandlung wird das Luftverdrängungsprinzip auch bei einem Folienabwärmetauscher, wie er aus der DE-PS 3 102 523 bekannt ist, angewandt, indem benachbarte gleichsinnig durchflossene Wabengänge Verbindungen haben und die Wabenwände mal zur einen, mal zur anderen Seite zu vorspringen bzw. eingebaucht sind.

Claims

1. Gegenstromwärmetauscher in einem Zu- und Abluftsystem, insbesondere zur Stallbe- und Stallentlüftung, mit insgesamt parallelverlaufenden Abluftkanälen und Zuluftkanälen, wobei die Abluft-oder Zuluftkanäle durch erste Kanäle (1) mit dünnen Trennwänden gebildet sind, die nicht-kreisförmige Querschnitte aufweisen, und die Hohlräume zwischen den ersten Kanälen (1) die jeweils zweiten Kanäle (3) bilden, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Kanäle (1) gewendelt sind und die Wendelung abschnittsweise mit jeweils entgegengesetztem Drehsinn ausgeführt ist.

2. Gegenstromwärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanalquerschnitte jeweils wenigstens eine Ecke aufweisen, die entlang dem Kanal eine Kante bildet, und daß diese Kante entlang der Kanalerstreckung gewendelt ist.

3. Gegenstromwärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnitte der gewendelten Kanäle jeweils eine längere und eine kürzere Achse aufweisen und diese Achsen entlang der Kanalerstreckung entlang den abwechselnden Längenabschnitten gegensinnig gewendelt sind.

4. Gegenstromwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Steilheit der Wendelungen entlang der Kanal-Längserstreckung ändert.

5. Gegenstromwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens die ersten Kanäle (1) keine vom einen Kanalende bis zum anderen Kanalende durchgehende gerade Säule aufweisen (Fig. 7).

6. Gegenstromwärmetauscher in einem Zu- und Abluftsystem, insbesondere zur Stallbe- und Stallentlüftung, mit insgesamt parallelverlaufenden Abluftkanälen und Zuluftkanälen, wobei die Abluft-oder Zuluftkanäle durch erste Kanäle (1) mit dünnen Trennwänden gebildet sind, die nicht-kreisförmige Querschnitte aufweisen, und die Hohlräume zwischen den ersten Kanälen (1) die jeweils zweiten Kanäle (3) bilden, dadurch gekennzeichnet, daß die benachbarten zweiten Kanäle (3) miteinander zumindest in Abständen kommunizieren und sich die Querschnittsfläche der zweiten Kanäle entlang der Kanalerstreckung, und zwar in einzelnen Bereichen der Kanalerstreckung bei den benachbarten Kanälen jeweils gegenläufig, ändert.

7. Gegenstromwärmetauscher nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Änderung der Querschnittsfläche der zweiten Kanäle (3) durch eine Wendelung der ersten Kanäle (1) ergibt.

8. Gegenstromwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwände zur Bildung eines Wärmetauscherblocks in Abständen zusammengeheftet sind (bei 7).

9. Gegenstromwärmetauscher nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die gewendelten Kanäle (1) über Kupplungen (7) zusammengeheftet sind, die einen einstellbaren Abstand zwischen den sich jeweils hinsichtlich der Kupplung gegenüberstehenden Kanalwänden fixieren.

10. Gegenstromwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß entlang den ersten Kanälen (1) Längenbereiche (8) einer im Vergleich zu den anschließenden Bereichen sprunghaft geänderten Kanal-Querschnittsform eingefügt sind.

11. Gegenstromwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwände (4) durch Profilplatten (5) gebildet sind, die sich einerseits in Längsrichtung und andererseits in Querrichtung des Wärmetauschers erstrecken und in diesen beiden Richtungen ein sich änderndes Profil aufweisen.

12. Gegenstromwärmetauscher nach dem auf Anspruch 6, 8 und 10 rückbezogenen Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Profilplatten (5) jeweils paarweise in Flächenbereichen (7') zwischen den gewendelten Kanälen (1) oder den Kanälen mit den sich flächenmäßig ändernden Querschnitten miteinander verbunden sind und diese Profilplattenpaare in Richtung der Tiefe des Wärmetauschers mit den jeweils benachbarten Profilplattenpaaren an den Längenbereichen mit der sprunghaft geänderten Kanal-Querschnittsform verbunden sind (bei 7), während zwischen diesen Verbindungsstellen (7) ein Spalt verbleibt.

13. Gegenstromwärmetauscher nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Profilplatten (6) in den Flächenbereichen (7_') zwischen den ersten Kanälen (1) nur stellenweise (bei 12) miteinander verbunden sind und dazwischen auseinanderklaffen (bei 13).

14. Gegenstromwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 13, gekennzeichnet durch einen im wesentlichen horizontalen Verlauf der Kanäle und durch eine Regneranlage im Bereich der Hohlräume zwischen den ersten Kanälen (1).