EP0865599A1 - Wärmetauscher und verfahren zur temperierung zumindest eines gerichteten fluidstroms - Google Patents

Wärmetauscher und verfahren zur temperierung zumindest eines gerichteten fluidstroms

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EP0865599A1
EP0865599A1 EP96943043A EP96943043A EP0865599A1 EP 0865599 A1 EP0865599 A1 EP 0865599A1 EP 96943043 A EP96943043 A EP 96943043A EP 96943043 A EP96943043 A EP 96943043A EP 0865599 A1 EP0865599 A1 EP 0865599A1
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EP
European Patent Office
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heat exchanger
fluid
exchanger according
fluid flow
flow
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EP96943043A
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EP0865599B1 (de
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Harry Cremers
Guennadi A. Nesterov
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Individual
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Publication of EP0865599A1 publication Critical patent/EP0865599A1/de
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Publication of EP0865599B1 publication Critical patent/EP0865599B1/de
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D19/00—Regenerative heat-exchange apparatus in which the intermediate heat-transfer medium or body is moved successively into contact with each heat-exchange medium
    • F28D19/04—Regenerative heat-exchange apparatus in which the intermediate heat-transfer medium or body is moved successively into contact with each heat-exchange medium using rigid bodies, e.g. mounted on a movable carrier
    • F28D19/045—Regenerative heat-exchange apparatus in which the intermediate heat-transfer medium or body is moved successively into contact with each heat-exchange medium using rigid bodies, e.g. mounted on a movable carrier with radial flow through the intermediate heat-transfer medium

Definitions

  • the invention relates to a heat exchanger and a method for tempering at least one directed fluid flow.
  • the directed fluid flow is brought into contact with a suitably temperature-controlled surface, so that the fluid flow can absorb or release energy in the desired manner.
  • the surface can be tempered in any suitable manner, the body having the surface is often tempered by contact with a second fluid stream at a different temperature.
  • recuperative heat exchangers in which the surface is tempered by a second fluid flow, a distinction is made between recuperative and regenerative systems.
  • a heat-exchanging body In the case of recuperative heat exchangers, a heat-exchanging body is in thermal contact with the first fluid stream via a first surface and with the second fluid stream via a second surface. Because of the heat conductivity of the heat-exchanging body, the first fluid stream or both fluid streams are tempered as desired.
  • the heat-looking body or its surface is brought into thermal contact alternately with the first and the second fluid flow.
  • the surface brought into thermal contact with the corresponding fluid or the part of the heat-exchanging body located in the vicinity of the surface assumes the temperature of the corresponding fluid and tempered in this way - depending on the heat capacity, thermal conductivity, duration of the thermal contact of the media involved ⁇ . - The fluid or fluids.
  • the heat-exchanging surface is increased.
  • the increase in the surface coming into contact with the respective fluids requires a corresponding increase in the flow resistance of these heat exchangers.
  • the object of the invention is to provide a generic heat exchanger or a generic tempering method in which the flow resistance of the heat exchanger itself is as low as possible despite the relatively large surface coming into contact with the directed fluid flow.
  • the proposed solution is a generic heat exchanger with at least one suitably tempered surface that is essentially tangential to itself or with at least one suitably tempered surface that is essentially tangential to itself, the fluid flow in the vicinity of the surface or the surface area has a movement component which is rectified to the direction of movement of the surface or the surface area. Furthermore, the above objects are achieved by a generic method in which the fluid flow is in the immediate vicinity of at least one suitably tempered, essentially tangentially moving surface or surface area, whose / whose direction of movement has a movement component rectified to the fluid flow.
  • the tangential movement of the surface or the surface area largely avoids the occurrence of turbulence, which would inevitably lead to an increase in the flow resistance of the heat exchanger.
  • the risk of the occurrence of turbulence is further reduced by the fact that the fluid flow in the vicinity of the surface or the surface area has a movement component which is the same as the direction of movement of the surface or the surface area. This reduces the velocity gradient in the fluid flow in the vicinity of the surface and thereby reduces the risk of turbulence.
  • the speed of the surface or of the surface area can be increased in such a way that - at least in the area of the heat-exchanging bodies, especially in the area of the above surface or the surface area - the flow of the directed fluid flow did not resist any appreciable flow resistance opposes, or even promotes the movement of the fluid flow.
  • the heat exchanger has one of two suitably tempered, mutually facing, essentially mutually tangent and parallel to each other surfaces or surface areas limited space area through which the fluid flow flows, the fluid flow between the surfaces or surface areas has a movement component which is the same as the direction of movement of the surfaces or surface areas.
  • This makes it possible to further reduce the velocity gradient occurring in the fluid, even this - if suitable boundary conditions are selected gung - to reduce to zero. Due to the parallel tangential movement of the surfaces or surface areas, the fluid flow that flows between these surfaces or surface areas or flows through the above-mentioned spatial area is laminarly accelerated in a particularly suitable manner because there is no unnecessary speed gradient.
  • the advantageous properties of a heat exchanger according to the invention result in particular if the distance between the surfaces or surface areas is between 1 mm and 50 mm, preferably between 5 mm and 6 mm.
  • the moving surface (s) or the moving surface region (s) may be in any suitable manner - e.g. B. by heat conduction, electrical heating ordevor ⁇ devices, electromagnetic radiation or the like - be tempered in the desired manner.
  • a heat exchanger according to the invention regeneratively between a first fluid stream and a second fluid stream such that the different fluid streams flow through different spatial areas and the moving surface (s) or the moving surface (s) / e alternately, preferably periodically alternating, delimits at least one area and the other area.
  • the surface (s) or the / the surface area / s meanwhile other, z. B. may not be flowed through by a fluid or not flowed through in accordance with the invention, spatial areas.
  • ERSATIBLA ⁇ (RULE 26) If the mass or the heat capacity of the body having the surface (s) or surface area (s) is low, a particularly rapid heat exchange according to the invention can be ensured. It is also conceivable to choose the speed of the surface (s) or the surface area (s) to be significantly higher than the fluid velocity in order to improve the heat-exchanging properties while slightly increasing the risk of turbulence. It goes without saying that the selected speeds, materials and masses can be adapted to the respective requirements.
  • a plane is defined as the flow plane, in which at least one plane passes through the heat exchanger according to the invention
  • the rotor comprises at least two disks that are spaced apart and rotate about a common axis.
  • the disks should be arranged essentially parallel to one another. Almost the entire surface of the disks can be used for heat exchange.
  • the gas stream to be tempered is directed onto the rotating, spaced-apart disks in such a way that the streamlines of the fluid inflow are perpendicular to the disk axis.
  • the fluid inflow is oriented in such a way that
  • the rotating disks accelerate the fluid flow away from the disk axis.
  • the streamlines are deflected in a plane perpendicular to the disk axis, namely a flow plane.
  • rotating discs can be in any suitable configuration
  • the rotation speeds, disk thicknesses, disk diameters, disk spacings and number of disks can be adjusted in comparison to the flow conditions required or required in such a way that the fluid outflows on both sides have the same temperature.
  • the distance the discs between 1 mm and 50 mm, preferably between 5 mm and 6 mm, the disc diameter between 10 mm and 1,000 mm and the disc thickness between 0.1 mm and 10 mm, preferably between 0.5 mm and 2 mm.
  • the disks do not necessarily have to have a constant thickness. Rather, it can be advantageous if the disk thickness varies over the radius and the heat exchanger is adapted to the hydro- or thermodynamic requirements by the configuration of the disk diameter.
  • the surfaces or surface areas facing one another therefore do not necessarily have to be arranged parallel to one another, rather it is sufficient if these sufficiently enclose a spatial area in which they influence the fluid flow in the manner according to the invention by their tangential movement.
  • a spacer with a smaller diameter than the disk diameter can be arranged between the rotating disks. In this way it is avoided that particles reach a region of relatively low surface speed, which does not guarantee an acceleration which sufficiently deflects these particles.
  • the surface of the spacers facing the particles also serves to exchange heat and accelerate the fluid particles in the desired direction.
  • baffles that are stationary with respect to the moving surface (s) or surface areas.
  • baffles can also be designed as wipers.
  • the degree of quality of a heat exchanger according to the invention having rotating disks can be increased by 50% if the heat exchanger has axes arranged one behind the other in the flow direction with disks rotating around them.
  • these surfaces or surface areas can have a structure.
  • this can, for. B. located in the disks, aligned substantially parallel to the disk axis. It will be necessary to weigh up the disturbance of the laminar flow caused by these surface structures and the increase in the penetration depth - in other words a virtual increase in viscosity.
  • the surfaces or the rotating disks can be spaced considerably further apart than in all known lamellae or cooling fin arrangements. This reduces the intervention in the flow path caused by a heat exchanger according to the invention additionally in an unpredictable manner, so that the pressure drop or a flow noise that is produced are further reduced.
  • the moving assemblies of a heat exchanger according to the invention it is relatively quiet, since it enables a laminar fluid flow.
  • the heat-exchanging bodies - rotors, disks and the like which have the surfaces or surface areas according to the invention.
  • a. - Can consist of any suitable material, especially plastic, paper, ceramic. It can also be advantageous to coat, roughen or otherwise treat the surface of these bodies to influence their heat-exchanging properties and those influencing the flow path.
  • a heat exchanger according to the invention can have all the devices which can be found in the prior art and which can be assigned to or associated with such heat exchangers, such as, for. B. additional fans, heaters, coolers, humidifiers, evaporators, evaporators, condensers and the like.
  • additional fans, heaters, coolers, humidifiers, evaporators, evaporators, condensers and the like it is conceivable to advantageously combine a heat exchanger according to the invention with heat exchangers which can be removed from the prior art or to retrofit these heat exchangers which can be removed from the prior art with a heat exchanger according to the invention.
  • a heat exchanger in which a first fluid stream and a second fluid stream are passed through different spatial areas and the moving surface (s) or the moving surface area (s) at least one spatial area and alternately delimit or pass through the other room area, apply an evaporating liquid to one of the two fluid streams before entering the room area through which it flows.
  • the energy required for evaporation Gie is then withdrawn from this liquid stream, which lowers its temperature.
  • the fluid stream to which the evaporating liquid is applied is a gas stream, preferably an air stream, and the evaporating liquid comprises fine droplets or water given up as a mist .
  • the fluid stream not subjected to an evaporating liquid being an air stream which is fed to an interior space to be supplied with cool air.
  • the fluid stream not subjected to an evaporating liquid being an air stream which is fed to an interior space to be supplied with cool air.
  • the movement of these surfaces can be designed in such a way that the liquid droplets are removed from the surface by centrifugal force or by the above-mentioned wipers before entering the first fluid flow.
  • the heat exchanger is advantageously designed in such a way that only sufficiently small liquid droplets deposit on the heat-exchanging surfaces such that evaporate while still in contact with the second fluid stream.
  • the air conditioner designed in this way is substantially smaller in comparison to the air conditioner known from the prior art with the same power and use of the same air cooling principle.
  • Fig. 1 shows a first embodiment of an inventive
  • Fig. 2 shows the heat exchanger of Figure 1 in section along the line II-II in Figure 1 in a detail.
  • FIG. 3 shows a second embodiment of a heat exchanger according to the invention in a representation similar to that of FIG. 1; 4 shows a third embodiment of a heat exchanger according to the invention, partly broken away in a perspective view; and
  • FIG. 5 shows a fourth embodiment of a heat exchanger according to the invention as an air conditioner in a representation similar to that of FIG. 1.
  • a first fluid inflow 1 and a second fluid inflow 2 are spaced apart around the axis 3 by spacers 4 arranged on an axis 3 rotatable, driven by a motor 11 (see Fig. 4) discs 5. After they have cooled down or heated up and - if necessary - have taken place
  • the fluid streams 1, 7 and 2, 6 are laterally limited by two lateral boundary surfaces 12 and 13, which are arranged essentially parallel to a flow plane and perpendicular to the axis 3 (see FIG. 4). Pointing away from the axis 3, the first fluid flow 1, 7 is delimited by a delimitation plate 17 and the second fluid flow 2, 6 by a delimitation plate 26. Two separating plates 16 and 27 are arranged between the two fluid flows 1, 7 and 2, 6, the separating plate 16 separating the first fluid inflow 1 and the second fluid outflow 6 and the separating plate 27 separating the second fluid inflow 2 and the first fluid outflow 7. It is understood that both the partition plates 16 and 27 and the side boundary plates 12 and 13 contribute to the heat exchange.
  • the fluid inflows 1 and 2 are aligned with the disks 5 such that one half of each disk 5 or the effective disk ring is flushed by the first fluid stream 1, 7 and the other half by the second fluid stream 2, 6.
  • the rotation of each disk 5 means that each surface area of each disk 5 alternately comes into direct contact with the first fluid stream 1, 7 and the second fluid stream 2, 6.
  • the fluid inflow 1, 2 is oriented such that - essentially - the fluid flow and the direction of the rotating disk 5 have a rectilinear movement component.
  • the boundary plates 17 and 26 of the first exemplary embodiment run essentially in a straight line in the region of the fluid inflows 1, 2, while these boundaries point away from the axis 3 in the region of the fluid outflows 7 and 6.
  • the fluid outflow 7, 6 is thus inclined away from the axis 3 in a plane perpendicular to the axis 3, also due to the design of the separating plates 16 and 27.
  • the acceleration of the fluid particles caused by the disks 5 during the passage through the heat exchanger is advantageously converted into a change in flow direction without loss of energy.
  • Such a change in angle is often desired in applications of heat exchangers and can generally only be achieved in the heat exchangers known from the prior art by means of deflection plates or with a loss of pressure.
  • the radius of the disks 5 is selected so that they cut through the entire cross-section of the flow 1, 7 and 2, 6 of each fluid entirely or limit them laterally.
  • baffles 8 are provided, which are between the disks 5 up to the spacers 4 intervene and promote a separation of the respective fluid particles from the disks 5.
  • two spatial areas 9 'and 9' ' are shown in FIGS. 1 and 2, in which the fluid flowing through these spatial areas 9' and 9 '' limits one of the movements of these spatial areas 9 'and 9' ', respectively Disks 5 formed surfaces has the same directional speed component.
  • the disc distances, disc thicknesses and the rotational speed of the discs are on top of each other or on the
  • 35 disks each 5 mm apart, with a thickness of 1 mm and a diameter of 200 mm are driven by a 15 W electric motor.
  • the panes themselves are made of polypropylene with a smooth surface.
  • the heat exchanger itself has a size of 215 x 220 x 250 mm 3 .
  • the heat exchanger conveys 2 fluid flows of 250 m 3 / h each. Exemplary temperature ratios are listed in Table I. Tabel le I
  • an electric motor with a power of 150 W With a size of the heat exchanger of 360 x 450 x 900 mm 3 , two fluid flows of 2500 m 3 / h each can be conveyed with this heat exchanger.
  • the temperature conditions shown in Table II were measured.
  • the second exemplary embodiment comprises two axes 3 arranged one behind the other in the direction of flow, on which discs 5 and spacers 4 arranged between them rotate.
  • the structure essentially corresponds to the structure of the first exemplary embodiment.
  • one guide plate 8 is omitted in each case in this exemplary embodiment.
  • a separating plate 10 is provided between the disk arrangement rotating about an axis 3, which prevents mixing of the two fluid streams 1, 7 and 2, 6 outside the disk arrangement.
  • 35 disks arranged on each of the two axes are each driven by a 15 W electric motor with 2500 rotations per minute.
  • the disks were made of polypropylene with a thickness of 1 mm and a diameter of 200 mm and 5 mm apart.
  • the entire heat exchanger had a size of 215 x 220 x 500 mm 3 and conveyed two fluid flows of 250 m 3 / h each. Selected temperature conditions are shown in Table III.
  • the structure of the third exemplary embodiment largely corresponds to the structure of the first exemplary embodiment.
  • the limiting plates 17 and 26 and the separating plates 16 and 27 are flat.
  • the fourth exemplary embodiment corresponds to the third exemplary embodiment, in which the first fluid inflow 1 is acted upon by a water mist via a water supply 14 and two mist nozzles 15.
  • the evaporating droplets draw energy from the fluid stream 1, 7 for evaporation.
  • Some of the water droplets are deposited on the rotating disks 5 or the radially outer surfaces of the spacers 4.
  • the rotating disks 5 and the spacers 4 are consequently cooled on the one hand by the evaporating water drops deposited on their surface and on the other hand by the already precooled fluid stream 1, 7. Similar to the rotation of the disks, preventing the fluid flow 1, 7 from penetrating into the fluid flow 2, 6, the rotation of the disks 5 also prevents water from entering the fluid flow 2, 6.
  • the centrifugal forces caused by the rotation serve in particular for this purpose.
  • the known method of air cooling by evaporating a water mist can be used without increasing the moisture content of the fluid stream 2, 6.
  • This fluid stream 2, 6 can then be supplied to an interior to be supplied with cool air.
  • an air conditioner designed according to the fourth exemplary embodiment has 35 polypropylene disks with a thickness of 1 mm, a diameter of 200 mm and a smooth surface, which are spaced 5 mm apart and with a 15 W electric motor 2500 rotations per minute are driven.
  • the Fluid inflow 1 is 1 1 / h of water in the form of 20 to 50 mm 3 large water drops. With a size of 215 x 220 x 300 mm 3 , this air conditioner conveys a fluid flow 2, 6 of 250 m 3 / h into an interior. With a temperature of 27 ° C. and a relative humidity of 46%, fluid inflows 1 and 2 supplied enable a fluid outflow 6 of 22 ° C.
  • a heat exchanger according to the invention which largely corresponds in construction to the second embodiment, three axes, each with 35 polypropylene disks, are rotated at 2500 rotations per minute by three 15 W electromotors.
  • the disks are each 1 mm thick, have a diameter of 200 mm, are each 5 mm apart and are smooth
  • this heat exchanger conveys 250 m 3 / h of air.
  • the temperature conditions are shown in Table IV.

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Description

Wärmetauscher und Verfahren zur Temperierung zumindest eines gerichteten Fluidstroms
Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher und ein Verfahren zur Temperierung zumindest eines gerichteten Fluidstroms.
Bei derartigen Wärmetauschern bzw. Temperierungsverfahren wird der gerichtete Fluidstrom mit einer geeignet temperier¬ ten Oberfläche in Kontakt gebracht, so daß der Fluidstrom in gewünschter Weise Energie aufnehmen bzw. abgeben kann.
Zwar kann die Oberfläche in jeder geeigneten Weise tempe- riert werden, jedoch wird häufig der die Oberfläche aufwei¬ sende Körper durch Kontakt mit einem zweiten Fluidstrom anderer Temperatur temperiert. Andererseits werden auch andere, bekannte Wärmequelle bzw. -senken - z. B. Heizungen oder Kühleinrichtungen, insbesondere auch elektrische - zur Temperierung dieser Oberflächen genutzt.
Bei oben genannten Wärmetauschern, bei welchen die Oberflä¬ che durch einen zweiten Fluidstrom temperiert wird, unter¬ scheidet man zwischen rekuperativen und regenerativen Syste- men. Bei rekuperativen Wärmetauschern ist ein wärmetauschen¬ der Körper über eine erste Oberfläche mit dem ersten Fluid¬ strom und über eine zweite Oberfläche mit dem zweiten Fluid¬ strom in thermischen Kontakt. Aufgrund der Wärmeleitfähig¬ keit des wärmetauschenden Körpers wird der erste Fluidstrom bzw. werden beide Fluidströme wie gewünscht temperiert. Bei regenerativen Wärmetauschern wird der wärmetausehende Körper bzw. dessen Oberfläche abwechselnd mit dem ersten und dem zweiten Fluidstrom in thermischen Kontakt gebracht. Hierbei nimmt die mit dem entsprechenden Fluid in thermi- sehen Kontakt gebrachte Oberfläche bzw. der in der Umgebung der Oberfläche befindliche Teil des wärmetauschenden Körpers die Temperatur des entsprechenden Fluides an und temperiert auf diese Weise - in Abhängigkeit von Wärmekapazität, Wärme¬ leitfähigkeit, Dauer des thermischen Kontaktes der beteilig- ten Medien u. ä. - das Fluid bzw. die Fluide.
Zur Verbesserung der wärmetauschenden Eigenschaften aus dem Stand der Technik bekannter Wärmetauscher wird die wärme¬ tauschende Oberfläche erhöht. Die Vergrößerung der mit den jeweiligen Fluiden in Kontakt kommenden Oberfläche bedingt jedoch eine entsprechende Erhöhung des Strömungswiderstandes dieser Wärmetauscher.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungs- gemäßen Wärmetauscher bzw. ein gattungsgemäßes Tem¬ perierungsverfahren bereitzustellen, bei welchem trotz ver¬ hältnismäßig großer, mit dem gerichteten Fluidstrom in Kon¬ takt kommender Oberfläche der Strömungswiderstand des Wärme¬ tauschers ansich möglichst gering ist.
Als Lösung wird ein gattungsgemäßer Wärmetauscher mit zumin¬ dest einer geeignet temperierten, sich im wesentlichen zu sich selbst tangential bewegenden Oberfläche bzw. mit zumin¬ dest einem geeignet temperierten, sich im wesentlichen zu sich selbst tangential bewegenden Oberflächenbereich vorge¬ schlagen, wobei der Fluidstrom in der Nähe der Oberfläche bzw. des Oberflächenbereiches eine der Bewegungsrichtung der Oberfläche bzw. des Oberflächenbereichs gleichgerichtete Be¬ wegungskomponente aufweist. Desweiteren wird die obige Auf- gäbe durch ein gattungsgemäßes Verfahren gelöst, bei welchem der Fluidstrom in die unmittelbare Nähe zumindest einer/s geeignet temperierten, sich im wesentlichen zu sich selbst tangential bewegenden Oberfläche bzw. Oberflächenbereichs, geführt wird, deren/dessen Bewegungsrichtung eine dem Fluid¬ strom gleichgerichtete Bewegungskomponente aufweist.
Die tangentiale Bewegung der Oberfläche bzw. des Oberflä¬ chenbereichs vermeidet weitgehend ein Entstehen von Turbu¬ lenzen, die unweigerlich zur Erhöhung des Strömungswider¬ standes des Wärmetauschers führen würden. Die Gefahr des Entstehens von Turbulenzen verringert sich des weiteren da¬ durch, daß der Fluidstrom in der Nähe der Oberfläche bzw. des Oberflächenbereichs eine der Bewegungsrichtung der Ober¬ fläche bzw. des Oberflächenbereichs gleichgerichtete Bewe¬ gungskomponente aufweist. Hierdurch wird der in der Nähe der Oberfläche vorhandene Geschwindigkeitsgradient in dem Fluid¬ strom reduziert und hierdurch die Gefahr der Turbulenzent¬ stehung verringert. Die Geschwindigkeit der Oberfläche bzw. des Oberflächenbereichs kann bei geeigneter Ausgestaltung des Wärmetauschers so erhöht werden, daß dieser - zumindest im Bereich der wärmetauschenden Körper, speziell im Bereich obiger/n Oberfläche bzw. des Oberflächenbereichs - dem Fluß des gerichteten Fluidstromes keinen nennenswerten Strömungs¬ widerstand entgegen setzt, oder sogar die Bewegung des Flu¬ idstroms fördert.
Insbesondere ist es von Vorteil, wenn der Wärmetauscher einen von zwei geeignet temperierten, aufeinander zuweisen¬ den, sich im wesentlichen zu sich selbst tangential und parallel zueinander bewegenden Oberflächen bzw. Oberflächen- bereichen begrenzten Raumbereich aufweist, durch welchen der Fluidstrom strömt, wobei der Fluidstrom zwischen den Ober¬ flächen bzw. Oberflächenbereichen eine der Bewegungsrichtung der Oberflächen bzw. Oberflächenbereiche gleichgerichtete Bewegungskomponente aufweist. Hierdurch ist es möglich den in dem Fluid auftretenden Geschwindigkeitsgradienten weiter zu reduzieren, diesen sogar - bei Wahl geeigneter Randbedin- gungen - auf Null zu reduzieren. Durch die parallele Tangen- tialbewegung der Oberflächen bzw. Oberflächenbereiche wird der zwischen diesen Oberflächen bzw. Oberflächenbereichen vorhandene bzw. obengenannten Raumbereich durchströmende Fluidstrom in besonders geeigneter Weise, weil ohne Vorhan¬ densein unnötiger Geschwindigkeitsgradienten, laminar be¬ schleunigt.
Die vorteilhaften Eigenschaften eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers ergeben sich insbesondere, wenn der Abstand der Oberflächen bzw. Oberflächenbereiche zwischen 1 mm und 50 mm, vorzugsweise zwischen 5 mm und 6 mm, liegt.
Zwar kann/können die bewegte/n Oberfläche/n bzw. die/der bewegte/n Oberflächenbereich/e in jeder geeigneten Weise - z. B. durch Wärmeleitung, elektrische Heiz- bzw. Kühlvor¬ richtungen, elektromagnetische Strahlung oder ähnliches - in gewünschter Weise temperiert werden. Es ist jedoch insbeson¬ dere vorteilhaft einen erfindungsgemäßen Wärmetauscher rege- nerativ zwischen einem ersten Fluidstrom und einem zweiten Fluidstrom auszugestalten, derart daß die verschiedenen Fluidströme verschiedene Raumbereiche durchströmen und die bewegte/n Oberfläche/n bzw. die/der bewegte/n Oberflächenbe¬ reich/e zumindest den einen Raumbereich und den anderen Raumbereich abwechselnd, vorzugsweise periodisch ab¬ wechselnd, begrenzt. Es versteht sich, daß die Oberfläche/n bzw. die/der Oberflächenbereich/e zwischenzeitlich andere, z. B. nicht von einem Fluid durchströmte oder nicht in er¬ findungsgemäßer Weise durchströmte, Raumbereiche begrenzen kann/können.
Durch eine verhältnismäßig hohe Geschwindigkeit der Ober¬ fläche/n bzw. des/der Oberflächenbereiche/s - und gegebenen¬ falls eine entsprechend hochfrequente Periodizität des Wech- sels der Oberfläche oder des Oberflächenbereiches zwischen ersten und zweiten Fluidstrom - und/oder durch eine mög-
ERSATIBLAπ(REGEL26) liehst geringe Masse bzw. Wärmekapazität des die Oberflä¬ che/n bzw. den/die Oberflächenbereich/e aufweisenden Körper läßt sich ein besonders schneller, erfindungsgemäßer Wärme¬ austausch gewährleisten. Es ist auch denkbar, die Geschwin- digkeit der Oberfläche/n bzw. des/der Oberflächenbereiche/s wesentlich höher als die Fluidgeschwindigkeit zu wählen, um die wärmetauschenden Eigenschaften unter leichter Erhöhung des Risikos einer Turbulenzentstehung zu verbessern. Es versteht sich, daß die gewählten Geschwindigkeiten, Materia- lien und Massen den jeweiligen Erfordernissen angepaßt wer¬ den können.
Die vorgenannten erfindungsgemäßen Merkmale lassen sich in besonders einfacher Weise realisieren, wenn die Oberfläche/n bzw. der/die Oberflächenbereich/e auf einem Rotor angeordnet ist/sind. Hierbei ist es von Vorteil, wenn der Rotor um eine senkrecht auf einer Strömungsebene des Fluidstromes stehende Achse rotiert. Als Strömungsebene wird in vorliegender Of¬ fenbarung eine Ebene definiert in welcher zumindest eine durch den erfindungsgemäßen Wärmetauscher hindurchführende
Stromlinie liegt. Vor bzw. nach dem Passieren des Wärmetau¬ schenden Körpers auftretende Abweichungen aus dieser Ström¬ ungsebene hingegen schränken vorgenannte Definitionen der Strömungsebene nicht ein.
Besonders wirkungsvoll und besonders einfach in der Kon¬ struktion ist ein erfindungsgemäßer Wärmetauscher, bei wel¬ chem der Rotor zumindest zwei um eine gemeinsame Achse ro¬ tierende, voneinander beabstandete Scheiben umfaßt. Insbe- sondere sollten die Scheiben im wesentlichen parallel zuein¬ ander angeordnet sein. Hierbei kann fast die gesamte Ober¬ fläche der Scheiben dem Wärmeaustausch dienen. Der zu tempe¬ rierende Gasstrom wird derart auf die rotierenden, vonein¬ ander beabstandeten Scheiben geleitet, daß die Stromlinien des Fluidzustroms senkrecht auf der Scheibenachse stehen. Desweiteren ist der Fluidzustrom so ausgerichtet, daß über-
ERSATZBLÄΓT(REGEL 26) wiegend der in Strömungsrichtung rotierende Teil der Schei¬ ben bzw. der zwischen diesen Teilen liegende Raumbereich von den Strömungslinien dieses Fluidstromes durchsetzt ist. Auf diese Weise bewegt sich die Oberfläche der rotierenden Scheiben in erfindungsgemäßer Weise tangential und mit einer zum Fluidstrom identischen Komponente, so daß der diese Scheiben umfassende Wärmetauscher keinen bzw. einen redu¬ zierten Strömungswiderstand aufweist.
Die rotierenden Scheiben beschleunigen den Fluidstrom von der Scheibenachse weg. Hierdurch werden die Stromlinien in einer senkrecht auf der Scheibenachse stehenden Ebene, näm¬ lich einer Strömungsebene, abgelenkt.
Zwar können die rotierenden Scheiben in jeder geeigneten
Weise gewünscht temperiert werden. Besonders vorteilhaft erscheint jedoch die Verwendung dieser rotierenden Scheiben bei einem gegenströmenden, regenerativen Wärmetauscher. Hierbei werden zwei gegeneinander gerichtete Fluidzuströme in oben beschriebener Weise den rotierenden Scheiben zuge¬ führt. Da beide Fluidströme während des Passierens der ro¬ tierenden Scheiben von der Scheibenachse weg beschleunigt werden, läßt sich durch geeignete Anordnung der Zu- bzw. Abströmdüsen eine Vermengung der beiden Fluidströme vermei- den. Die rotierenden Scheiben bzw. deren Oberfläche gelangt periodisch abwechselnd mit den Fluidströmen in Kontakt, so daß eine Zwischenform zwischen rekuperativem und regenerati¬ vem Wärmeaustausch stattfindet. - Grundsätzlich läßt sich diese Art des Wärmeaustausches auch mit nur einer rotieren- den Scheibe vorteilhaft nutzen. Es zeigt sich, daß die Rota¬ tionsgeschwindigkeiten, Scheibendicken, Scheibendurchmesser, Scheibenabstände, Scheibenanzahl im Vergleich zu den hier¬ durch bedingten bzw. zu den geforderten Strömungsverhältnis¬ sen derart angepaßt werden können, daß die beiderseitigen Fluidabströme die gleiche Temperatur aufweisen. Hierbei hat es sich konkret als vorteilhaft erwiesen, wenn der Abstand der Scheiben zwischen 1 mm und 50 mm, vorzugsweise zwischen 5 mm und 6 mm, der Scheibendurchmesser zwischen 10 mm und 1.000 mm und die Scheibendicke zwischen 0,1 mm und 10 mm, vorzugsweise zwischen 0,5 mm und 2 mm, beträgt.
Es versteht sich, daß die Scheiben nicht unbedingt eine konstante Dicke aufweisen müssen. Vielmehr kann es von Vor¬ teil sein, wenn die Scheibendicke über den Radius variiert, und durch die Ausgestaltung des Scheibendurchmessers der Wärmetauscher den hydro- bzw. thermodynamischen Erfordernis¬ sen angepaßt wird. Die aufeinander zuweisenden Oberflächen bzw. Oberflächenbereiche müssen also nicht unbedingt par¬ allel zueinander angeordnet sein, vielmehr genügt es, wenn diese in ausreichender Weise einen Raumbereich einschließen, in welchen sie durch ihre Tangentialbewegung den Fluidstrom in erfindungsgemäßer Weise beeinflussen.
Zur Vermeidung eventuell auftretender Leckströme kann zwi¬ schen den rotierenden Scheiben jeweils ein Abstandhalter mit kleinerem Durchmesser als dem Scheibendurchmesser angeordnet sein. Hierdurch wird vermieden, daß Partikel in einen Be¬ reich verhältnismäßig niedriger Oberflächengeschwindigkeit gelangen, die eine diese Partikel ausreichend ablenkende Beschleunigung nicht gewährleistet. Die den Partikeln zu- gewandte Oberfläche der Abstandhalter dient desweiteren ebenfalls dem Wärmeaustausch und der Beschleunigung der Fluidpartikel in die gewünschte Richtung.
Wie bei regenerativen Wärmetauschern häufig der Fall, be- steht die Gefahr von Leckströmen durch an der/den Oberflä¬ che/n bzw. dem/den Oberflächenbereich/en anhaftende Parti¬ kel. Durch geeignete, bezüglich der/des sich bewegenden Oberfläche/n bzw. Oberflächenbereiche/s ortsfeste Leitbleche lassen sich derartige Lecks minimieren. Insbesondere können derartige Leitbleche auch als Abstreifer ausgebildet sein. Der Gütegrad eines rotierende Scheiben aufweisenden, erfin¬ dungsgemäßen Wärmetauschers von 50% läßt sich erhöhen, wenn der Wärmetauscher in Strömungsrichtung hintereinander an¬ geordnete Achsen mit um diese rotierende Scheiben aufweist. Der Gütegrad E folgt dann in Abhängigkeit von der Achsen¬ anzahl n nach E = 100% * n/(n+l). Es versteht sich, daß generell die Anordnung mehrere wärmetauschender Oberflächen bzw. Oberflächenbereiche und auch die Anordnung mehrerer Rotoren in Strömungsrichtung hintereinander vorteilhaft den Gütegrad eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers erhöht.
Zur Erhöhung der Eindringtiefe der durch die sich tangential bewegenden Oberflächen bzw. Oberflächenbereiche aufgebrach¬ ten Beschleunigung können diese Oberflächen bzw. Oberflä- chenbereiche eine Struktur aufweisen. Bei der Verwendung rotierender Scheiben können dieses z. B. in den Scheiben befindliche, im wesentlichen parallel zur Scheibenachse ausgerichtete Bohrungen sein. Hierbei wird zwischen der durch diese Oberflächenstrukturen bedingten Störung der laminaren Strömung und der Erhöhung der Eindringtiefe - sprich einer virtuellen Viskositätserhöhung - abzuwägen sein.
Es zeigt sich, daß der Wirkungsgrad der sich bewegenden Oberflächen, insbesondere bei der Verwendung rotierender Scheiben, sehr hoch ist, so daß die Oberflächen bzw. die Scheiben verhältnismäßig weit beabstandet sein können. Durch eine Oberflächenstruktur läßt sich dieser notwendige Abstand weiter erhöhen.
Aufgrund des durch diese guten wärmetauschende Eigenschaften bedingten großen Abstandes können die Oberflächen bzw. die rotierenden Scheiben wesentlich weiter beabstandet sein als bei allen bekannten Lamellen- bzw. Kühlrippenanordnungen. Hierdurch bedingt reduziert sich der durch einen erfindungs¬ gemäßen Wärmetauscher bedingte Eingriff in den Strömungsweg zusätzlich in nicht vorhersehbarer Weise, so daß der Druck¬ abfall bzw. ein entstehendes Strömungsgeräusch weiter redu¬ ziert werden. Trotz der sich bewegenden Baugruppen eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers ist dieser verhältnismäßig leise, da dieser einen laminaren Fluidstrom ermöglicht.
Die die erfindungsgemäßen Oberflächen bzw. Oberflächenberei¬ che aufweisenden, wärmetauschenden Körper - Rotoren, Schei¬ ben u. a. - können aus jedem beliebigen, geeigneten Material bestehen, insbesondere auch aus Kunststoff, Papier, Keramik. Ebenso kann es vorteilhaft sein, die Oberfläche dieser Kör¬ per zur Beeinflussung ihrer wärmetauschenden und den Strö¬ mungsweg beeinflussenden Eigenschaften zu beschichten, auf¬ zurauhen oder sonstig geeignet zu behandeln.
Es versteht sich, daß ein erfindungsgemäßer Wärmetauscher alle dem Stand der Technik entnehmbaren Einrichtungen auf¬ weisen kann, die derartigen Wärmetauschern zu- bzw. beige¬ ordnet werden können - wie z. B. zusätzliche Ventilatoren, Heizungen, Kühleinrichtungen, Befeuchtungseinrichtungen, Verdampfer, Verdunster, Kondensatoren und ähnliches. Ins¬ besondere ist es denkbar einen erfindungsgemäßen Wärmetau¬ scher mit dem Stand der Technik entnehmbaren Wärmetauschern in vorteilhafter Weise zu kombinieren bzw. diese dem Stand der Technik entnehmbaren Wärmetauscher mit einem erfindungs¬ gemäßen Wärmetauscher nachzurüsten.
Zum Beispiel läßt sich bei einem erfindungsgemäßen Wärmetau¬ scher, bei welchem ein erster Fluidstrom und ein zweiter Fluidstrom durch verschiedene Raumbereiche geleitet werden und die bewegte/n Oberfläche/n bzw. der/die bewegte/n Ober- flächenbereich/e zumindest den einen Raumbereich und den anderen Raumbereich abwechselnd begrenzen oder durchlaufen, einer der beiden Fluidströme vor Eintritt in den von ihm durchströmten Raumbereich mit einer verdampfenden Flüssig¬ keit beaufschlagen. Die für das Verdampfen notwendige Ener- gie wird dann diesem Flüssigkeitsstrom entzogen, wodurch sich dessen Temperatur absenkt. Besonders vorteilhaft ist ein derartiger Wärmetauscher bzw. ein derartiges Verfahren zur Temperierung eines Luftraumes, wenn der mit der verdamp- fenden Flüssigkeit beaufschlagte Fluidstrom ein Gasstrom, vorzugsweise ein Luftstrom ist und die verdampfende Flüssig¬ keit in Form feiner Tröpfchen bzw. als Nebel aufgegebenes Wasser umfaßt.
Insbesondere kann ein Wärmetauscher mit den obengenannten
Merkmalen als Airconditioner vorteilhaft Verwendung finden, wobei der nicht mit einer verdampfenden Flüssigkeit beauf¬ schlagte Fluidstrom ein Luftstrom ist, der einem mit kühler Luft zu versorgenden Innenraum zugeleitet wird. Bei einem derartigem Wärmetauscher kann unter Beibehaltung des ansich bekannten Prinzip der Luftkühlung durch Beaufschlagung mit einer verdampfenden Flüssigkeit auf verhältnismäßig lange Wegstrecken, auf welchen die Flüssigkeit verdampft, verzich¬ tet werden. Insbesondere besteht bei einer deratigen Anord- nung keine Gefahr der Verletzung bestehender Richtlinien bzw. Vorschriften, gemäß welcher die Zugabe von Flüssig¬ keitströpfchen in Innenraumluft untersagt ist, denn die Flüssigkeit wird nur dem zweiten Fluidstrom aufgegeben. Ein nur unvollständiges Verdampfen der Flüssigkeit ist somit un- schädlich. Insbesondere können auch Flüssigkeitströpfchen auf die wärmetauschenden Oberflächen selbst gelangen. Um einen Übertritt dieser Flüssigkeitströpfchens in den ersten, zu dem Innenraum geleiteten Luftstrom zu vermeiden, kann die Bewegung dieser Oberflächen derart ausgestaltet sein, daß die Flüssigkeitströpfchen durch die Fliehkraft oder aber durch oben angesprochene Abstreifer vor Eintritt in den ersten Fluidstrom von der Oberfläche entfernt werden. Vor¬ teilhafterweise ist der Wärmetauscher jedoch derart ausge¬ legt, daß nur ausreichend kleine Flüssigkeitströpfchen auf den wärmetauschenden Oberflächen niederschlagen, daß diese, noch während sie mit dem zweiten Fluidstrom in Kontakt sind, verdampfen.
Der auf diese Weise ausgebildete Airconditioner ist, ins¬ besondere wegen der fehlenden Notwendigkeit einer verhält¬ nismäßig langen Verdampfungsstrecke, im Vergleich zu dem aus dem Stand der Technik bekannten Airconditioner bei gleicher Leistung und Verwendung des gleichen Luftkühlungsprinzips wesentlich kleiner ausgebildet.
Die vorgenannten, sowie die beanspruchten und in den Aus¬ führungsbeispielen beschriebenen, erfindungsgemäß zu ver¬ wendenden Bauteile unterliegen hinsichtlich ihrer Größe, Formgestaltung, Materialauswahl und technischen Konzeption keinen besonderen Ausnahmebedingungen, so daß die in dem jeweiligen Anwendungsgebiet bekannten Auswahlkriterien un¬ eingeschränkt Anwendung finden können.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschrei¬ bung der zugehörigen Zeichnung, in der - beispielhaft - bevorzugte Ausführungsformen erfindungsgemäßer Wärmetauscher dargestellt sind. In der Zeichnung zeigen
Fig. 1 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
Wärmetauschers im Schnitt entlang der Linie I-I in Fig. 2;
Fig. 2 den Wärmetauscher nach Fig. 1 im Schnitt entlang der Linie II-II in Fig. 1 in einem Ausschnitt;
Fig. 3 eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemä¬ ßen Wärmetauschers in ähnlicher Darstellungsart wie Fig. 1; Fig. 4 eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemä¬ ßen Wärmetauschers in perspektivischer Darstellung zum Teil aufgebrochen; und
Fig. 5 eine vierte Ausführungsform eines erfindungsgemä¬ ßen Wärmestauschers als Airconditioner in ähnli¬ cher Darstellungsart wie Fig. 1.
Bei dem Wärmetauscher gemäß der ersten und dritten Ausfüh- rungsbeispiele (siehe Fig. 1, 2 und 4) wird ein erster Fluidzustrom 1 und ein zweiter Fluidzustrom 2 mehreren, auf einer Achse 3 angeordneten, durch Abstandhalter 4 beabstan¬ deten, um die Achse 3 drehbaren, durch einen Motor 11 (siehe Fig. 4) drehangetriebenen Scheiben 5 zugeführt. Nach deren Abkühlung bzw. Aufheizung sowie - gegebenenfalls - erfolgter
Beschleunigung verlassen die Fluidströme den Bereich zwi¬ schen den Scheiben 5 als zweiter Fluidabstrom 6 und erster Fluidabstrom 7.
Durch zwei seitliche Begrenzungsflächen 12 und 13, die im wesentlichen parallel zu einer Strömungsebene und senkrecht zur Achse 3 angeordnet sind, werden die Fluidströme 1, 7 und 2, 6 seitlich begrenzt (siehe Fig. 4). Von der Achse 3 weg¬ weisend wird der erste Fluidstrom 1, 7 durch ein Begren- zungsblech 17 und der zweite Fluidstrom 2, 6 durch ein Be¬ grenzungsblech 26 begrenzt. Zwischen den beiden Fluidströmen 1, 7 und 2, 6 sind zwei Trennbleche 16 und 27 angeordnet, wobei das Trennblech 16 den ersten Fluidzustrom 1 und den zweiten Fluidabstrom 6 und das Trennblech 27 den zweiten Fluidzustrom 2 und den ersten Fluidabstrom 7 trennt. Es versteht sich, daß sowohl die Trennbleche 16 und 27 als auch die seitlichen Begrenzungsbleche 12 und 13 zum Wärmetausch beitragen.
Die Fluidzuströme 1 und 2 sind derart auf die Scheiben 5 ausgerichtet, daß jeweils eine Hälfte jeder Scheibe 5 bzw. des wirksamen Scheibenringes von dem ersten Fluidstrom 1, 7 und die andere Hälfte von dem zweiten Fluidstrom 2, 6 um¬ spült wird. Die Rotation jeder Scheibe 5 bedingt, daß jeder Oberflächenbereich jeder Scheibe 5 abwechseln mit dem ersten Fluidstrom 1, 7 und dem zweiten Fluidstrom 2, 6 in direkten Kontakt kommt. Hierbei ist der Fluidzustrom 1, 2 jeweils so ausgerichtet, daß - im wesentlichen - der Fluidstrom und der Richtungssinn der rotierenden Scheibe 5 eine gleichgerichte¬ te Bewegungskomponente aufweisen.
Die Begrenzungsbleche 17 und 26 des ersten Ausführungsbei¬ spiels verlaufen im Bereich der Fluidzuströme 1, 2 im we¬ sentlichen geradlinig, während diese Begrenzungen im Bereich der Fluidabströme 7 und 6 von der Achse 3 wegweisen. Während des Betriebes des Wärmetauschers ist so - auch durch die Ausbildung der Trennbleche 16 und 27 - der Fluidabstrom 7, 6 in einer Ebene senkrecht zur Achse 3 von der Achse 3 weg geneigt. Hierdurch wird, in vorteilhafter Weise, die durch die Scheiben 5 bedingte Beschleunigung der Fluidpartikel während des Durchgangs durch den Wärmetauscher ohne Energie¬ verlust in eine Strömungsrichtungsänderung überführt. Eine derartige Winkeländerung ist häufig bei Anwendungen von Wärmetauschern erwünscht und kann in der Regel bei den aus dem Stand der Technik bekannten Wärmetauschern nur durch Umlenkbleche bzw. unter Druckverlust realisiert werden.
Der Radius der Scheiben 5 ist so gewählt, daß diese den ge¬ samten Querschnitt der Strömung 1, 7 und 2, 6 jedes Fluides zur Gänze durchschneiden bzw. seitlich begrenzen.
Durch die rotierenden Scheiben wird der jeweilige Fluidstrom 1, 7; 2, 6 jeweils von der Achse 3 wegbeschleunigt. Hier¬ durch wird eine verhältnismäßig gute Trennung beider Fluid¬ ströme 1, 7; 2, 6 bedingt. Zur Verminderung eines etwa auf- tretenden Leckstroms sind jeweils zwei Leitbleche 8 vorgese¬ hen, die zwischen die Scheiben 5 bis zu den Abstandhaltern 4 eingreifen und ein Trennen der jeweiligen Fluidpartikel von den Scheiben 5 fördern.
Exemplarisch sind in den Figuren 1 und 2 zwei Raumbereiche 9' und 9'' dargestellt, in denen das durch diese Raumberei¬ che 9 ' und 9 ' ' strömende Fluid eine der Bewegung der diese Raumbereiche 9' bzw 9'' begrenzenden, auf den Scheiben 5 ausgebildeten Oberflächen gleichgerichtete Geschwindigkeits¬ komponente besitzt. Der den Raumbereich 9' zu einem Zeit- punkt begrenzende Oberflächenbereich der Scheiben 5 begrenzt nach einer gewissen Zeit den Raumbereich 9 ' ' . Diese Begren¬ zung wechselt in erfindungsgemäßer Weise periodisch ab.
Die Scheibenabstände, Scheibendicken und die Rotationsge- schwindigkeit der Scheiben sind so aufeinander bzw. auf die
Fluidströme 1, 7; 2, 6 und die jeweiligen Temperaturen der Fluidzuströme 1, 2 abgestimmt, daß die Fluidabströme 6, 7 die gleiche Temperatur aufweisen.
In konkreter Ausgestaltung des ersten Ausführungsbeispieles werden 35, jeweils 5 mm beabstandete Scheiben mit einer Dicke von 1 mm und einem Durchmesser von 200 mm durch einen 15 W Elektromotor angetrieben. Die Scheiben selbst bestehen aus Polypropylen mit einer glatten Oberfläche. Der Wärmetau- scher ansich hat eine Größe von 215 x 220 x 250 mm3. In dieser Ausführungsform fördert der Wärmetauscher 2 Fluid¬ ströme von jeweils 250 m3/h. Beispielhafte Temperaturver¬ hältnisse sind in Tabelle I aufgelistet. Tabel le I
In einer zweiten konkreten Ausführungsform des Wärme¬ tauschers werden 110 Aluminiumscheiben mit einem Durchmesser von 350 mm und einer Dicke von 1 mm, die 6 mm von einander beabstandet sind, durch einen Elektromotor mit einer Lei¬ stung von 150 W angetrieben. Bei einer Größe des Wärmetau¬ schers von 360 x 450 x 900 mm3 können mit diesem Wärmetau¬ scher zwei Fluidströme von jeweils 2500 m3/h gefördert wer¬ den. Hierbei wurden die in Tabelle II dargestellten Tempera- turverhältnisse gemessen.
Tabelle II
Das zweite Ausführungsbeispiel umfaßt zwei in Strömungsrich¬ tung hintereinander angeordnete Achsen 3, auf welchen Schei¬ ben 5 und zwischen diesen angeordneten Abstandhalter 4 ro¬ tieren. Der Aufbau entspricht im wesentlichen dem Aufbau des ersten Ausführungsbeispiels. Jedoch wird bei diesem Ausfüh¬ rungsbeispiel auf jeweils ein Leitblech 8 verzichtet. Zwi¬ schen den jeweils um eine Achse 3 rotierenden Scheibenanord¬ nung ist ein Trennblech 10 vorgesehen, welches ein Vermi¬ schen der beiden Fluidströme 1, 7 und 2, 6 außerhalb der Scheibenanordnung verhindert.
Insbesondere bei diesem Ausführungsbeispiel wird deutlich, daß die durch die rotierenden Scheiben bedingte Beschleuni¬ gung der Fluidströme 1, 7 und 2, 6 jeweils eine Reduktion des Kanalquerschnitts im Bereich des Fluidabstroms 7 bzw. 6 ermöglicht. Denkbare weitere Leibleche 8' sind in Fig. 3 strichpunktiert eingezeichnet.
In konkreter Ausgestaltung dieses zweiten Ausführungsbei¬ spiels werden jeweils 35, auf jeder der beiden Achsen ange¬ ordnete Scheiben durch jeweils einen 15 W Elektromotor mit 2500 Rotationen pro Minute angetrieben. Die Scheiben waren aus Polypropylen mit einer Dicke von 1 mm und einem Durch¬ messer von 200 mm sowie 5 mm von einander beabstandet. Der gesamte Wärmetauscher wies eine Größe von 215 x 220 x 500 mm3 auf und förderte zwei Fluidströme von je 250 m3/h. Ausgewähl¬ te Temperaturverhältnisse sind in Tabelle III dargestellt.
Tabelle III
Der Aufbau des dritten Ausführungsbeispiels entspricht weit¬ gehend dem Aufbau des ersten Ausführungsbeispiels. Aller¬ dings sind - wie bei dem zweiten Ausführungsbeispiel die Begrenzungsbleche 17 und 26 sowie die Trennbleche 16 und 27 eben ausgebildet.
Das vierte Ausführungsbeispiel entspricht dem dritten Aus¬ führungsbeispiel, bei welchem der erste Fluidzustrom 1 über eine Wasserzufuhr 14 und zwei Nebeldüsen 15 mit einem Was¬ sernebel beauschlagt wird. Die verdampfenden Tröpfchen ent¬ ziehen dem Fluidstrom 1, 7 zum Verdampfen Energie. Ein Teil der Wassertröpfchen schlägt sich auf den rotierenden Schei¬ ben 5 bzw. der radial außenliegenden Oberflächen der Ab- standhalter 4 nieder. Die rotierenden Scheiben 5 sowie die Abstandhalter 4 werden folglich zum einen durch die auf ihrer Oberfläche angelagerten, verdampfenden Wassertropfen und zum anderen durch den bereits vorgekühlten Fluidstrom 1, 7 gekühlt. Ähnlich wie die Rotation der Scheiben ein ein- dringen des Fluidstromes 1, 7 in den Fluidstrom 2, 6 verhin¬ dert, wird durch die Rotation der Scheiben 5 auch ein Ein¬ treten von Wasser in den Fluidstrom 2, 6 vermieden. Insbe¬ sondere dienen hierfür die durch die Rotation bedingten Zen¬ trifugalkräfte. Auf diese Weise kann das ansich bekannte Verfahren der Luftkühlung mittels Verdampfen eines Wasser¬ nebels genutzt werden, ohne daß hierdurch der Feuchtigkeits¬ gehalt des Fluidstrom 2, 6 erhöht wird. Dieser Fluidstrom 2, 6 kann dann einem mit kühler Luft zu versorgenden Innenraum zugeführt werden.
In konkreter Ausgestaltung weist ein gemäß des vierten Aus¬ führungsbeispiels ausgestalteter Airconditioner 35 Polypro¬ pylenscheiben mit einer Dicke von 1 mm, einem Durchmesser von 200 mm und einer glatten Oberfläche auf, die 5 mm von- einander beabstandet sind und von einem 15 W Elektromotor mit 2500 Rotationen pro Minute angetrieben werden. Dem Fluidzustrom 1 wird 1 1/h Wasser in Form von 20 bis 50 mm3 großen Wassertropfen aufgegeben. Bei einer Größe von 215 x 220 x 300 mm3 fördert dieser Airconditioner einen Fluidstrom 2, 6 von 250 m3/h in einen Innenraum. Mit einer Temperatur von 27 C° und einer relativen Feuchtigkeit von 46 % zuge¬ führte Fluidzuströme 1 und 2 ermöglichen auf diese Weise einen Fluidabstrom 6 von 22 C° bei einer Kühlleistung von 350 W und einer COP von COP = 23. Weisen die Fluidzuströme 1 und 2 eine Temperatur von 35 C° und eine relative Feuch¬ tigkeit von 50 % auf, so folgt eine Temperatur des Fluid- abstroms 6 von 26,5 C° bei einer Kühlleistung von 400 W und einer COP von COP = 26.
Bei einer fünften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers, welcher im Aufbau weitgehend der zweiten Ausführungsform entspricht werden durch drei 15 W Elektromo¬ toren drei Achsen mit jeweils 35 Polypropylenscheiben mit 2500 Rotationen pro Minute rotiert. Die Scheiben sind je¬ weils 1 mm dick, haben einen Durchmesser von 200 mm, sind jeweils 5 mm voneinander beabstandet und weisen eine glatte
Oberfläche auf. Bei einer Größe von 215 x 250 x 750 mm3 fördert dieser Wärmetauscher jeweils 250 m3/h Luft. Die Temperaturverhältnisse sind der Tabelle IV entnehmbar.
Tabelle IV
Bezugszeichenliste
1 erster Fluidzustrom
2 zweiter Fluidzustrom
3 Achse
4 Abstandhalter
5 Scheibe
6 zweiter Fluidabstrom
7 erster Fluidabstrom
8 Leitblech 8' Leibleche
9' Raumbereich
9' ' Raumbereich
10 Trennblech
11 Motor
12 seitliches Begrenzungsblech
13 seitliches Begrenzungsblech
14 Wasserzufuhr
15 Nebeldüse
16 Trennblech
17 Begrenzungsblech 26 Begrenzungsblech 27 Trennblech

Claims

Patentansprüche
1. Wärmetauscher zur Temperierung zumindest eines gerich¬ teten Fluidstroms (1, 7; 2, 6),
gekennzeichnet durch
zumindest eine/n geeignet temperierte/n, sich im we¬ sentlichen zu sich selbst tangential bewegende/n Ober¬ fläche bzw. Oberflächenbereich, und Fluidführungsmit- tel, die derart vorgesehen sind, daß der Fluidstrom (1, 7; 2, 6) in der Nähe der Oberfläche bzw. des Oberflä¬ chenbereichs eine der Bewegungsrichtung der Oberfläche bzw. des Oberflächenbereichs gleichgerichtete Bewe¬ gungskomponente aufweist.
2 . Wärmetauscher nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zu¬ mindest einen von zwei geeignet temperierten, aufein¬ ander zuweisenden, sich im wesentlichen zu sich selbst tangential und parallel zueinander bewegenden Oberflä¬ chen bzw. Oberflächenbereichen begrenzten Raumbereich (9', 9''), durch welchen der Fluidstrom (1, 7? 2, 6) strömt, und Fluidführungsmittel, die derart vorgesehen sind, daß der Fluidstrom (1, 7; 2, 6) zwischen den Oberflächen bzw. Oberflächenbereichen eine der Bewe¬ gungsrichtung der Oberflächen bzw. Oberflächenbereiche gleichgerichtete Bewegungskomponente aufweist.
3. Wärmetauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Oberflächen bzw. Oberflächenberei¬ che zwischen 1 mm und 50 mm, vorzugsweise zwischen 5 mm und 6 mm, beträgt.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit einem ersten Fluidstrom (1, 7) und einem zweiten Fluid¬ strom (2, 6), dadurch gekennzeichnet, daß die Fluid¬ ströme (1, 7; 2, 6) verschiedene Raumbereiche (9', 9'') durchströmen und die bewegte/n Oberfläche/n bzw. der/ die bewegte/n Oberflächenbereich/e zumindest den einen Raumbereich (9') und den anderen Raumbereich (9'') ab¬ wechselnd, vorzugsweise periodisch abwechselnd, begren¬ zen oder durchlaufen.
5. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Tangentialgeschwindigkeit der Oberfläche/n bzw. des/der Oberflächenbereiche/s gleich oder höher als die gleichgerichtete Geschwindigkeits- komponente des Fluidstromes (1, 7; 2, 6) ist.
6. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die die Oberfläche/n bzw. den/die Oberflächenbereich/e aufweisenden Körper eine verhält- nismäßig geringe Masse bzw. Wärmekapazität aufweisen.
7. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche/n bzw. der/die Ober- flächenbereich/e auf zumindest einem Rotor angeordnet sind/ist.
8. Wärmetauscher nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor eine verhältnismäßig geringe Masse auf¬ weist.
Wärmetauscher nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß der zumindest eine Rotor um eine senk¬ recht auf einer Strömungsebene des Fluidstromes (1, 7; 2, 6) stehende Achse (3) rotiert.
10. Wärmetauscher nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor zumindest eine, vorzugsweise zumindest zwei voneinander beabstandete, um die Achse (3) rotie- rende Scheibe/n (5) umfaßt.
11. Wärmetauscher nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Scheibendurchmesser zwischen 10 mm und 1000 mm beträgt.
12. Wärmetauscher nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die Scheiben (5) im wesentlich parallel zueinander angeordnet sind.
13. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 10 bis 12, da¬ durch gekennzeichnet, daß zwischen den Scheiben (5) Abstandhalter (4) mit kleinerem Durchmesser als dem Scheibendurchmesser angeordnet sind.
14. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 10 bis 13, da¬ durch gekennzeichnet, daß die Scheiben (5) eine Dicke zwischen 0,1 mm und 10 mm, vorzugsweise zwischen 0,5 mm und 2 mm, aufweisen.
15. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 10 bis 14, da¬ durch gekennzeichnet, daß Fluidstromausrichtmittel derart vorgesehen sind, daß überwiegend der in Strö¬ mungsrichtung rotierende Teil der Scheiben (5) bzw. der zwischen diesen Teilen liegende Raumbereich von den Strömungslinien dieses Fluidstromes (1, 7; 2, 6) durch¬ setzt ist.
16. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 10 bis 15 mit zumindest einem Kanal für einen Fluidzustrom (1, 2) und zumindest einen Kanal für einen Fluidabstrom (7, 6), dadurch gekennzeichnet, daß die der Scheibenachse (3) abgewandte Begrenzung des Abstromkanals bezüglich der der Scheibenachse (3) abgewandten Begrenzung des Zu¬ stromkanals in einer Ebene senkrecht zu der Scheiben¬ achse (3) von der Scheibenachse (3) weg geneigt ist.
17. Wärmetauscher nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Strömungsrichtung des Fluidabstroms (7, 6) bezüglich der mittleren Srömungsrichtung des Fluidzustroms (1, 2) in einer Ebene senkrecht zu der Scheibenachse (3) von der Scheibenachse (3) weg geneigt ist.
18. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 16 oder 17 mit zumindest zwei Kanälen für jeweils einen Fluidzustrom (1, 2) und zumindest zwei Kanälen für jeweils einen
Fluidabstrom (7, 6), dadurch gekennzeichnet, daß die Zustromkanäle im wesentlichen gegensinnig aufeinander zulaufen und daß die der Scheibenachse (3) abgewandte Begrenzung jedes Abstromkanals bezüglich der der Schei- benachse (3) abgewandten Begrenzung des zugehörigen Zu¬ stromkanals in einer Ebene senkrecht zu der Scheiben¬ achse (3) von der Scheibenachse (3) und dem jeweils anderen Fluidstrom (2, 6; 1, 7) weg geneigt ist.
19. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 18, ge¬ kennzeichnet durch zumindest ein bezüglich der Ober¬ fläche/n bzw. der/des Oberflächenbereiche/s ruhendes Leitblech (8), welches an gewünschter Position eine Trennung des Fluidabstromes (6, 7) von der/den Ober- fläche/n bzw. dem/den Oberflächenbereich/en fördert.
20. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 7 bis 19, ge¬ kennzeichnet durch zumindest zwei in Strömungsrichtung hintereinander angeordnete Rotoren.
21. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 4 bis 20, ge¬ kennzeichnet durch Mittel zur Beaufschlagung des ersten Fluidstroms (1, 7) vor Eintritt in den von ihm durch¬ strömten Raumbereich (9' oder 9'') mit einer verdamp¬ fenden Flüssigkeit.
22. Wärmetauscher nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichent, daß der erste Fluidstrom (1, 7) ein Gasstrom, vorzugs¬ weise ein Luftstrom ist.
23. Wärmetauscher nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die verdampfende Flüssigkeit Wasser in Form feiner Tröpfchen bzw. als Nebel umfaßt.
24. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 21 bis 23, da¬ durch gekennzeichnet, daß der zweite Fluidstrom (2, 6) ein Luftstrom ist und daß die Fluidführungsmittel der¬ art ausgestaltet sind, daß der Luftstrom einem mit kühler Luft zu versorgendem Innenraum zugeleitet wird.
25. Verfahren zur Temperierung zumindest eines gerichteten Fluidstroms (1, 7; 2, 6),
dadurch gekennzeichnet,
daß der Fluidstrom (1, 7; 2, 6) in die unmittelbare Nähe zumindest einer/s geeignet temperierten, sich im wesentlichen zu sich selbst tangential bewegenden Ober¬ fläche bzw. Oberflächenbereichs, deren/dessen Bewe- gungsrichtung eine dem Fluidstrom (1, 7; 2, 6) gleich¬ gerichtete Bewegungskomponente aufweist, geführt wird.
26. Verfahren nach Anspruch 25, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Wärmetauschers nach einem der Anprüche 1 bis 20.
27. Verfahren nach Anspruch 25 oder 26, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß der Fluidstrom (1, 7; 2, 6) durch einen von zwei geeignet temperierten, aufeinander zuweisen¬ den, sich im wesentlichen zu sich selbst tangential und parallel zueinander bewegenden Oberflächen bzw. Ober¬ flächenbereichen begrenzten Raumbereich (9', 9'') ge¬ führt wird, wobei der Fluidstrom (1, 7; 2, 6) zwischen den Oberflächen bzw. Oberflächenbereichen eine der Bewegungsrichtung der Oberflächen bzw. Oberflächenbe- reiche gleichgerichtete Bewegungskomponente aufweist.
28. Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Fluidstrom (1, 7) durch einen ersten Raumbereich (9') und ein zweiter Fluid- ström (2, 6) durch einen zweiten Raumbereich (9'') geführt wird und die bewegte/n Oberfläche/n bzw. der/ die bewegte/n Oberflächenbereich/e zumindest den ersten Raurabereich (9f) und den zweiten Raumbereich (9'') ab¬ wechselnd, vorzugsweise periodisch abwechselnd, begren- zen oder durchlaufen.
29. Verfahren nach Anspruch 28, gekennzeichnet durch einen Verfahrensschritt des Beaufschlagung des ersten Fluid¬ stroms (1, 7) vor dessen Eintritt in den ersten Raumbe- reich (9') mit einer verdampfenden Flüssigkeit.
30. Verfahren nach Anspruch 29, gekennzeichnet durch einen Verfahrensschritt des Zerstaubens der zu verdampfenden Flüssigkeit vor oder während diese dem ersten Fluid- ström (1, 7) beaufschlagt wird.
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