AT512087B1 - Gegenstrom-luftwärmeaustauscher - Google Patents

Abstract

Zur einfachen und gründlichen Reinigung eines Gegenstrom-Luftwärmetauschers mit einem Wärmetauscherkörper, der eine sich parallel zur Luftaustauschrichtung erstreckende Außenwand (5) aufweist, innerhalb derer durch sich quer zur Luftaustauschrichtung erstreckende Querzwischenwände (8, 10, 13, 20) und sich längs zur Luftaustauschrichtung erstreckende Längszwischenwände (6, 12, 16, 18, 30, 34) mindestens zwei mäanderförmige, nicht miteinander kommunizierende Strömungskanäle, ein Zuluft- und ein Abluftkanal, ausgebildet sind, wobei über die Zwischenwände (6, 8, 10, 12, 13, 16, 18, 20, 30, 34) eine Wärmeübertragung von der Luft im Abluftkanal auf die Luft im Zuluftkanal stattfindet und der Wärmetauschkörper aus mehreren, in Luftaustauschrichtung aneinandergereihten Elementen (7, 9, 14,19) besteht, die jeweils nicht mehr als zwei Querzwischenwände (8, 10, 13, 20) aufweisen, haben erfindungsgemäß die durch die Aneinanderreihung der Elemente (7, 9, 14, 19) von der Außenwand (5), den Querzwischenwänden (8, 10, 13, 20) und den Längszwischenwänden (6, 12, 16, 18) gebildeten Strömungskanäle einen mäanderförmig verschränkten, parallelen Verlauf.

Description

österreichisches Patentamt AT512 087 B1 2014-05-15

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft einen Gegenstrom-Luftwärmetauscher mit einem Wärmetauscherkörper, der eine sich parallel zur Luftaustauschrichtung erstreckende Außenwand aufweist, innerhalb derer durch sich quer (d.h. in etwa 90°) zur Luftaustauschrichtung erstreckende Querzwischenwände und sich längs (d.h. in etwa parallel) zur Luftaustauschrichtung erstreckende Längszwischenwände mindestens zwei mäanderförmige, nicht miteinander kommunizierende Strömungskanäle, ein Zuluft- und ein Abluftkanal, ausgebildet sind, wobei über die Zwischenwände eine Wärmeübertragung von der Luft im Abluftkanal auf die Luft im Zuluftkanal stattfindet und der Wärmetauscherkörper aus mehreren in Luftaustauschrichtung aneinandergereihten Elementen besteht, die jeweils nicht mehr als zwei Querzwischenwände aufweisen.

[0002] Für die Zufuhr von Frischluft in geschlossene Räume sind in Außenmauern eingebaute Lüfter bekannt, die Abluft aus dem Raum absaugen und nach außen als Fortluft abgeben. Gleichzeitig tritt Frischluft von außen als Zuluft in den Raum. Bei der Ausbildung des Lüfters als simpler Ventilator entsteht bei kalter Außentemperatur und warmer Raumtemperatur ein erheblicher Energieverlust. Bei gut gedämmten Häusern bilden Lüftungswärmeverluste den höchsten Anteil an den Gesamtverlusten.

[0003] Lüfter nach dem derzeitigen Stand der Technik enthalten daher meistens in Kombination mit einem Ventilator einen Gegenstrom-Wärmetauscher, der von der Abluft und der Zuluft durchströmt wird, damit zumindest ein Teil der Wärme der Abluft auf die Zuluft übertragen wird. Für einen guten Wärmetausch sind die Kanäle für die Zuluft und die Abluft im Wärmetauscher mäanderförmig verschränkt angeordnet. Solche derzeit in Verwendung stehenden Gegenstrom-Luftwärmetauscher sind in fixen Blöcken zusammengebaut und verschmutzen rasch durch Staub, Rauch usw., der in der Abluft und in der Zuluft enthalten ist. Eine Reinigung ist aufgrund des gewundenen Verlaufs der Kanäle für die Zuluft und die Abluft ohne Zerlegung, die jedoch nur vom Fachmann erfolgen kann, nicht möglich. In der Praxis entsteht daher nach bereits kurzer Zeit bei Betrieb des Lüfters eine Geruchsbelästigung und die Geräte werden abgeschaltet.

[0004] Ferner sind aus DE 10 2009 017 053 A1 und BE 474 430 A Kreuzstromwärmetauscher bekannt, die aus mehreren aneinander gereihten Elementen bestehen. Der Wirkungsgrad dieser Wärmetauscher reicht jedoch nicht an den Wirkungsgrad von Gegenstromwärmetäuschern heran.

[0005] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Gegenstrom-Luftwärmetauscher so auszubilden, dass er so einfach zerlegt, gereinigt und wieder zusammengebaut werden kann, dass damit nicht mehr ein Fachmann betraut werden muss, sondern dies vielmehr vom Besitzer des Raumes selbst durchgeführt werden kann, und dennoch soll der Gegenstromwärmetäuscher den bei Gegenstromwärmetäuschern üblichen hohen Wirkungsgrad haben.

[0006] Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass bei dem eingangs genannten Gegenstrom-Luftwärmetauscher die durch die Aneinanderreihung der Elemente von der Außenwand, den Querzwischenwänden und den Längszwischenwänden gebildeten Strömungskanäle einen mäanderförmig verschränkten, parallelen Verlauf haben. Jedes Element kann somit einzeln gereinigt werden und lässt sich auch gut reinigen, da es nur einen kurzen Abschnitt der gewundenen Verläufe der Kanäle für Zuluft und Abluft enthält, d.h. auch nur eine geringe Anzahl von Biegungen der Kanäle enthält. Im zusammengesetzten Zustand verlaufen der Zuluft- und Ablaufkanal parallel zueinander, sodass ein Wärmetauscher nach dem Gegenstromprinzip mit hohem Wirkungsgrad gegeben ist.

[0007] Vorzugsweise weist jedes Element des Gegenstrom-Luftwärmetauschers nur eine Querzwischenwand auf, die somit von beiden Seiten des Elements für die Reinigung direkt zugänglich ist.

[0008] Vorteilhafterweise besteht der Wärmetauscherkörper aus mehren identen Gruppen von Elementen, welche Gruppen beliebig aneinanderreihbar sind. Damit lassen sich je nach Stärke 1 /6 österreichisches Patentamt AT512 087B1 2014-05-15 der Außenmauer, in die der Lüfter mit dem erfindungsgemäßen Gegenstrom-Luftwärmetauscher eingesetzt werden soll, Wärmetauschkörper verschiedener Längen modulartig hersteilen. D.h. es sind alle Wärmetauschkörperlängen erzielbar, die ein Vielfaches der Länge einer Gruppe sind.

[0009] Jede Gruppe kann dabei aus zumindest teilweise verschiedenen Elementen bestehen, wobei mindestens ein Element zwei diametral gegenüberliegende Öffnungen aufweist und mindestens ein Element zwei aneinander angrenzende, durch eine Längszwischenwand getrennte Öffnungen aufweist. So kann die gewünschte Geometrie der Kanäle für die Zuluft und die Abluft erreicht werden.

[0010] Vorzugsweise besteht die Gruppe aus vier Elementen, von denen ein erstes und ein drittes Element ident sind und jeweils zwei diametral gegenüberliegende Öffnungen aufweisen, aber um eine Achse parallel zur Luftaustauschrichtung um 180° zueinander verdreht angeordnet sind, und ein zweites und ein viertes Element ident sind und jeweils zwei aneinander angrenzende, durch eine Längszwischenwand getrennte Öffnungen aufweisen, und ebenfalls um eine Achse parallel zur Luftaustauschrichtung um 180° zueinander verdreht angeordnet sind, wobei das zweite Element zwischen dem ersten und dem dritten Element angeordnet ist und das vierte Element in Luftaustauschrichtung vor oder hinter dem Paket aus erstem, zweitem und drittem Element angeordnet ist. Der erfindungsgemäße Gegenstrom-Luftwärmetauscher ist damit einfach und kostengünstig zu produzieren, da nur zwei verschiedene Elemente hergestellt werden müssen.

[0011] In einer bevorzugten Variante des Gegenstrom-Luftwärmetauschers sind die Elemente kreisscheibenförmig. Aneinandergereiht bilden die Elemente damit einen zylinderförmigen Wärmetauscherkörper, der in ein Hüllrohr eingesetzt sein kann, welches in eine Bohrung in der Außenwand eingesetzt werden kann. Natürlich sind aber auch andere Formen der Elemente, insbesondere quadratische Scheiben, möglich.

[0012] Um den Zusammenbau zu vereinfachen und gegebenenfalls auch überhaupt einen falschen Zusammenbau zu verhindern, können die Elemente an den einander zugewandten Flächen Ausrichtungsnoppen und -bohrungen oder Ausrichtungsrippen und -nuten aufweisen.

[0013] Alternativ oder zusätzlich können an den die Außenwand des Wärmetauscherkörpers bildenden Außenflächen der Elemente Aneinanderreihungsmarkierungen angebracht sein.

[0014] Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines in den beiliegenden Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert, wobei die Fig. 1 eine Gruppe aus vier Elementen und ein Hüllrohr des erfindungsgemäßen Gegenstrom-Luftwärmetauschers in einer perspektivischen Explosionsansicht zeigt und die Fig. 2 zwei Gruppen aus vier Elementen sowie eine vordere und eine hintere Abschlussplatte des erfindungsgemäßen Gegenstrom-Luftwärmetauschers in einer Explosionsquerschnittansicht zeigen.

[0015] Nimmt man in den Zeichnungen den Außenbereich auf der linken Zeichnungsseite an und den Innenbereich, d.h. den zu lüftenden Raum, auf der rechten Seite der Zeichnung an, so strömt Frischluft 1 durch eine Öffnung 2 in der äußeren Abschlussplatte 3 in eine Öffnung 4 zwischen der Außenwand 5 und einer ersten Längszwischenwand 6 des ersten scheibenförmigen Elements 7 des Wärmetauschkörpers des erfindungsgemäßen Gegenstrom-Luftwärmetauschers. Dann trifft der Luftstrom auf die Querzwischenwand 8 des zweiten scheibenförmigen Elements 9 und strömt zwischen der Querzwischenwand 8 des zweiten scheibenförmigen Elements 9 und der Querzwischenwand 10 des ersten scheibenförmigen Elements 7 weiter durch eine Öffnung 11 zwischen der Querzwischenwand 8 und einer Längszwischenwand 12 im Element 9 und zwischen der Querzwischenwand 8 und der Querzwischenwand 13 im dritten scheibenförmigen Element 14 und tritt durch die Öffnung 15, die durch die Außenwand 5 und die Längszwischenwand 16 des dritten Elements 14 gebildet wird, aus dem dritten Element 14 aus und über eine Öffnung 17 zwischen der Außenwand 5 und der Längszwischenwand 18 der vierten Scheibe 19 durch die vierte Scheibe 19. In analoger Weise geht die Frischluft durch die ident zur ersten Gruppe ausgebildete zweite Gruppe an scheibenförmigen Elementen, die hier 2/6 österreichisches Patentamt AT512 087B1 2014-05-15 ebenfalls mit den Bezugszeichen 7, 9, 14 und 19 bezeichnet sind, und tritt dann durch die Öffnung 24 in der inneren Abschlussplatte 25 als Zuluft 26 in den zu lüftenden Raum ein.

[0016] Die Abluft 27 aus dem Raum tritt durch die Öffnung 28 in der Abschlussplatte 25 und trifft im Element 19 auf die Querzwischenwand 20 und strömt zwischen dieser Querzwischenwand 20 und der Abschlussplatte 25, geht dann durch die Öffnung 21 zwischen der Querzwischenwand 20 und einer Längszwischenwand 22 des vierten Elements 19 und strömt zwischen der Querzwischenwand 20 und der Querzwischenwand 13 des dritten Elements 14 in die Öffnung 29 zwischen der Außenwand 5 und einer Längszwischenwand 30 des Elements 14 und durch eine Öffnung 31 zwischen der Außenwand 5 und einer Längszwischenwand 32 des zweiten Elements 9 in eine Öffnung 33 zwischen der Außenwand 5 und einer Längszwischenwand 34 des ersten Elements 7. Dann strömt die Luft in analoger Weise durch die anschließende Gruppe aus vier Scheiben 19, 14, 9, 7 und schließlich durch die Öffnung 32 in der äußeren Abschlussplatte 3 als Fortluft 23 in den Außenbereich.

[0017] Wie man erkennen kann, sind die Elemente 7 und 14 baugleich, und in der Gruppe um die Luftaustauschachse 22 um 180° verdreht zueinander angeordnet. Auch die Elemente 9 und 19 sind baugleich und um die Luftaustauschachse 22 um 180° verdreht zueinander angeordnet. Bei der Herstellung des Wärmetauschkörpers müssen also nur zwei verschiedene scheibenförmige Elemente hergestellt werden, mit denen man durch entsprechende Anordnung den mäanderförmigen Verlauf der Strömungskanäle für die Zu- und Abluft bilden kann. Wie man in Fig. 2 erkennt, kann jede Gruppe aus vier scheibenförmigen Elementen 7, 9,14, 19 problemlos an die vorangegangene Gruppe aus scheibenförmigen Elementen 7, 9, 14, 19 angefügt werden, sodass verschiedene Wärmetauschkörperlängen modulartig produziert werden können, wobei die möglichen Wärmetauschkörperlängen ein Vielfaches der Summe der Dicken der vier Elemente sind. Die Dimensionen eines scheibenförmigen Elements können z.B. 3 cm Dicke und ein Durchmesser von 12 bis 50 cm sein. An den einander zugewandten Flächen können die scheibenförmigen Elemente, wie beim Element 7 und 9 angedeutet, Ausrichtungsnoppen 35 und Ausrichtungsbohrungen 36, in die die Ausrichtungsnoppen 35 beim Zusammensetzen eingreifen, aufweisen, um ein rasches und einfaches Zusammensetzen der scheibenförmigen Elemente zu ermöglichen.

[0018] Gruppen aus den scheibenförmigen Elementen 7, 9, 14, 19 werden in ein Hüllrohr 37 eingebracht, das entweder direkt in einer Mauer eingebaut ist oder in eine entsprechende Bohrung bzw. ein entsprechendes in der Mauer eingebautes Rohr eingebracht wird.

[0019] Wie man in den Zeichnungen gut erkennt, sind alle Flächen und Winkel der Quer- und Längszwischenwände auch mit der Außenwand 5 leicht für die Reinigung zugänglich, wenn die scheibenförmigen Elemente voneinander getrennt sind. Der Wärmetauschkörper des erfindungsgemäßen Gegenstrom-Luftwärmetauschers lässt sich somit leicht zerlegen. Die einzelnen Elemente lassen sich einfach reinigen, z.B. im Geschirrspüler, und danach können die Elemente einfach wieder zum Wärmetauschkörper zusammengesetzt werden und in das entsprechende Hüllrohr eingebracht werden.

[0020] Der erfindungsgemäße Gegenstrom-Luftwärmetauscher kann in Lüfter im privaten Bereich, z.B. für Wohnräume, usw., und im kommerziellen Bereich, z.B. für Büroräume, Betriebsräume, Veranstaltungsräume und Industriegebäude eingesetzt werden. Die Dimensionen können je nach Einsatzort und abweichend von den obigen Angaben angepasst werden. 3/6

Claims (8)

1. österreichisches Patentamt AT512 087 B1 2014-05-15 Patentansprüche 1. Gegenstrom-Luftwärmetauscher mit einem Wärmetauscherkörper, der eine sich parallel zur Luftaustauschrichtung erstreckende Außenwand aufweist, innerhalb derer durch sich quer zur Luftaustauschrichtung erstreckende Querzwischenwände und sich längs zur Luftaustauschrichtung erstreckende Längszwischenwände mindestens zwei mäanderförmige, nicht miteinander kommunizierende Strömungskanäle, ein Zuluft- und ein Abluftkanal, ausgebildet sind, wobei über die Zwischenwände eine Wärmeübertragung von der Luft im Abluftkanal auf die Luft im Zuluftkanal stattfindet und der Wärmetauscherkörper aus mehreren in Luftaustauschrichtung aneinandergereihten Elementen besteht, die jeweils nicht mehr als zwei Querzwischenwände aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die durch die Aneinanderreihung der Elemente (7, 9, 14, 19) von der Außenwand (5), den Querzwischenwänden (8, 10, 13, 20) und den Längszwischenwänden (6, 12, 16, 18) gebildeten Strömungskanäle einen mäanderförmig verschränkten, parallelen Verlauf haben.
2. 2. Gegenstrom-Luftwärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Element (7, 9, 14, 19) nur eine Querzwischenwand (8, 10, 13, 20) aufweist.
3. 3. Gegenstrom-Luftwärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscherkörper aus mehren identen Gruppen von Elementen (7, 9, 14, 19) besteht, welche Gruppen beliebig aneinanderreihbar sind.
4. 4. Gegenstrom-Luftwärmetauscher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass jede Gruppe aus zumindest teilweise verschiedenen Elementen (7, 9, 14, 19) besteht, wobei mindestens ein Element (7, 14) zwei diametral gegenüberliegende Öffnungen (15, 29) aufweist und mindestens ein Element (9, 19) zwei aneinander angrenzende, durch eine Längszwischenwand (12, 18) getrennte Öffnungen (11,31) aufweist.
5. 5. Gegenstrom-Luftwärmetauscher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Gruppe aus vier Elementen (7, 9, 14, 19) besteht, von denen ein erstes und ein drittes Element (7, 14) ident sind und jeweils zwei diametral gegenüberliegender Öffnungen (15, 29) aufweisen, aber um eine Achse (22) parallel zur Luftaustauschrichtung um 180“zueinander verdreht angeordnet sind, und ein zweites und ein viertes Element (9, 19) ident sind und jeweils zwei aneinander angrenzende, durch eine Längszwischenwand (12, 18) getrennte Öffnungen (11, 31) aufweisen und ebenfalls um die Achse (22) parallel Luftaustauschrichtung um 180° zueinander verdreht angeordnet sind, wobei das zweite Element (9) zwischen dem ersten und dem dritten Element (7, 14) angeordnet ist und das vierte Element (19) in Luftaustauschrichtung vor oder hinter dem Paket aus erstem, zweitem und drittem Element (7, 9, 14) angeordnet ist.
6. 6. Gegenstrom-Luftwärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elemente (7, 9, 14, 19) kreisscheibenförmig sind.
7. 7. Gegenstrom-Luftwärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elemente an den einander zugewandten Flächen Ausrichtungsnoppen (35) und -bohrungen (36) oder Ausrichtungsrippen und -nuten aufweisen.
8. 8. Gegenstrom-Luftwärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an den die Außenwand (5) des Wärmetauscherkörpers bildenden Außenflächen der Elemente (7, 9, 14, 19) Aneinanderreihungsmarkierungen angebracht sind. Hierzu 2 Blatt Zeichnungen 4/6