WO1994014015A1

WO1994014015A1 - Regenerativer wärmetauscher für gasförmige medien, insbesondere luftwärmetauscher für die raumbelüftung von gebäuden

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Publication number: WO1994014015A1
Application number: PCT/EP1993/003288
Authority: WO
Inventors: Oleg Stolz
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1992-12-12
Filing date: 1993-11-24
Publication date: 1994-06-23
Anticipated expiration: 1995-06-12
Also published as: CN1091202A; AU5626994A; DE4241984A1

Abstract

Der erfindungsgemäße regenerative Wärmetauscher, der bevorzugt nach dem Gegenstromprinzip arbeitet, verwendet als Wärmespeichervorrichtung bzw. als wärmetauschendes Element ein in wechselnder Folge von der wärmeabgebenden und dem wärmeaufnehmenden Gas (Luft) durchströmtes netzartiges Gebilde, das in Durchströmrichtung gesehen aus einer mehr oder weniger großen Anzahl von sich überdeckenden Schichten besteht. Vorzugsweise wird das netzartige Gebilde (24) aus einem dünnen, flexiblen Gewebeelement hergestellt, insbesondere einem solchen aus Kunststoff. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist das netzartige Gebilde (24) am Mantel eines rotierenden Drehkörpers (5) angeordnet.

Description

Regenerativer Wärmetauscher für gasförmige Medien, insbesondere Luftwärmetauscher für die Raumbelüftung von Gebäuden

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Die Erfindung betrifft einen regenerativen Wärmetauscher für gasförmige Medien, insbesondere einen Luftwärmetauscher für die Raumbelüftung von Gebäuden, mit einer in wechselnder Folge von dem wärmeabgebenden und dem wärmeaufnehmenden gasförmigen Medium durchströmten Wärmespeicher¬ vorrichtung.

Der erfindungsgemäße regenerative Wärmetauscher ist bevorzugt für die Raumbelüftung bzw. die Raumklimatisierung von Gebäuden bestimmt und wird im Folgenden im Zusammenhang mit diesem Verwendungszweck näher erläutert. Es versteht sich aber, daß er einen breiteren Verwendungs¬ bereich hat und grundsätzlich für den Wärmetausch zwischen wärmeabge¬ benden und wärmeaufnehmenden gasförmigen Medien verwendbar ist, z.B. zur Wärmerückgewinnung aus Abluft oder aus Abgasen, beispielsweise von Beheizungssystemen, bei Gasturbinen u. dgl.

Die Belüftung von beheizbaren Gebäuderäumen erfolgt in weitem Umfang noch durch Öffnen der Fenster oder auch mittels Ventilatoren, die die verbrauchte Raumluft ins Freie befördern oder Frischluft von außen an¬ saugen. Die hiermit verbundenen Wärmeverluste sind beträchtlich (ca. 2000 KWh Primärenergie je Kopf und Jahr). Zentrale Klimaanlagen, die zumeist nur in Großgebäuden anzutreffen sind, verwenden für den Wärme¬ tausch zwischen Zu- und Abluft Wärmetauscher, u.a. auch regenerative Wärmetauscher, die allerdings mit Wirkungsgraden bis etwa 70% arbeiten. Auch kleinere Lüftungsgeräte, die für die Raumbelüftung bzw. die Raum¬ klimatisierung im Wohnbereich bestimmt sind, ermöglichen nur eine Wärme¬ rückgewinnung in der Größenordnung von etwa 45%.

BERICHTIGTES BLATT (REGEL 91) ISA/EP Je niedriger der Wirkungsgrad einer Raumbelüftung mit Wärmerückge¬ winnung aus der Abluft ist, um so leichter ist der durch die Wärme¬ rückgewinnung erreichte Gewinn durch eine Überlüftung vertan. Norma¬ lerweise werden daher die mit Wärmerückgewinnung arbeitenden Klimaan¬ lagen mit einer aufwendigen Sensorik und Regelung ausgestattet. Die da¬ durch häufig zu verzeichnende verminderte Luftqualität führt vielfach da¬ zu, daß durch zusätzliches Fensteröffnen der Frischluftbedarf gedeckt wird. Bei zentralen Systemen wird außerdem ein sehr hoher Energieanteil für die reine Luftventilation benötigt. Systemdruckverluste von 1000 bis 2000 Pa sind keine Seltenheit.

Aufgabe der Erfindung ist es vor allem, einen regenerativen Wärmetau¬ scher zu schaffen, der sich mit besonderem Vorteil als Frischluftwärme¬ tauscher für die Raumbelüftung bzw. die Raumklimatisierung einsetzen läßt und der sich mit vergleichsweise niedrigem Bauaufwand auch als Kleingerät ausführen läßt, dabei aber mit einem gegenüber vergleichbaren Geräten erheblich höheren Wirkungsgrad arbeiten kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Wärmespei¬ chervorrichtung aus einem mehrschichtigen netzartigen Gebilde besteht. Vorzugsweise weist das netzartige Gebilde eine Gewebestruktur auf, obwohl auch eine Gitterstruktur möglich ist. Das netzartige Gebilde ist in be¬ vorzugter Ausführung aus Kunststoff, z.B. Polyäthylen, gefertigt.

Nach der Erfindung wird für den regenerativen Wärmetauscher als wärme¬ aufnehmende und wärmespeichernde Vorrichtung ein netzartiges Gebilde, vorzugsweise aus einem dünnen Gewebematerial verwendet, das vergleich¬ bar den für Fliegengittern verwendeten Geweben ausgeführt sein kann oder aus einem solchen Gewebematerial bestehen kann. Dieses dünne Ge¬ webe bzw. Netzmaterial wird, in Durchströmrichtung der Luft gesehen, in mehreren Lagen bzw. Schichten zu dem die Wärmespeichervorrichtung bil¬ denden netzartigen Gebilde zusammengestellt und weist dabei eine für den Wärmetausch ausreichend große Wärmeaufnahmefähigkeit auf. Das einen Schichtkörper bildende Gewebe- bzw. Gittermaterial stellt ein preiswertes und leicht zu verarbeitendes Material dar, das den Aufbau eines Wärme¬ tauschers mit vergleichsweise kleinen Bauabmessungen in Durchströmrich-

BERICHTIGTES BLATT (REGEL 91) ISA/EP tung und kleinem Baugewicht ermöglicht, im Bedarfsfall auch leicht ge¬ reinigt werden kann.

Mit der Verwendung des vorgenannten wärmeaufnehmenden und -speichern¬ den Strukturmaterials in einer mehr oder weniger großen Anzahl an, in Durchströmrichtung des Gases bzw. der Luft, hintereinander angeordneten Schichten läßt sich ein hocheffizienter regenerativer Wärmetauscher mit einem hohen Wirkungsgrad schaffen, der ohne weiteres auch über 90% lie¬ gen kann. Als vorteilhaft erweist sich neben den hohen Wärmeübergangs¬ zahlen und der relativ großen Wärmekapazität des in einer Mehrzahl von übereinanderliegenden Schichten aufgebauten netzartigen Gebildes dessen geringe Wärmeleitfähigkeit in Durchströmrichtung. Eine hohe Wärmeleitfä¬ higkeit in Durchströmrichtung würde den möglichen Wärmeaustauschgrad infolge eines Temperaturausgleiches des Temperaturgefälles zwischen den einzelnen Schichten negativ beeinflussen. Die geringe Wärmeleitfähigkeit in Durchströmrichtung ist besonders wichtig bei Wärmetauschern mit klei¬ ner Durchströmlänge und gleichzeitig geringer Strömungsgeschwindigkeit. Die für den hohen Wirkungsgrad vorteilhafte geringe Leitfähigkeit des mehrschichtigen netzartigen Gebildes in Durchströmrichtung ergibt sich einerseits aus seiner Herstellung aus Kunststoffmaterial, andererseits aber auch dadurch, daß, wenn die einzelnen Schichten bzw. Lagen unmittelbar aufeinanderliegen, im wesentlichen nur punktförmige Berührungen zwischen den Schichten des Gewebe- bzw. Gittermaterials vorhanden sind. Anderer¬ seits besteht aber auch die Möglichkeit, die einzelnen Schichten des als Wärmespeichervorrichtung verwendeten netzartigen Gebildes durch zwischen ihnen angeordnete Distanzelemente gegeneinander zu distanzieren. Die zu¬ mindest weitgehende Ausschaltung der Wärmeleitfähigkeit in Durchström¬ richtung der Luft ist vor allem bei im Gegenstrom betriebenen Wärmeaus¬ tauschern mit kleinen Bauahmessungen in Durchströmrichtung im Hinblick auf den hohen Wirkungsgrad angezeigt. Die schlechte Wärmeleitfähigkeit des aus Kunststoff bestehenden Gewebe- bzw. Gittermaterials spielt für die Aufnahme und die Speicherung der Wärme wegen der vergleichsweise klei¬ nen Drahtdicken des netzartigen Gebildes nahezu keine Rolle mehr.

Es versteht sich, daß die Anzahl der Lagen bzw. Schichten des als Wär¬ mespeichervorrichtung verwendeten netzartigen Gebildes je nach der Be¬ schaffenheit des Gewebe- bzw. Gittermaterials (Stärke der hierfür verwen-

BERICHTIGTES BLÄH (REGEL 91) ISA/EP deten Drähte und Maschenweite) und je nach den Einsatzbedingungen un¬ terschiedlich sein kann. Sie bestimmt sich nach der Beziehung

N . 1 - 1 (N = Anzahl der Lagen, i^ = Wirkungsgrad) 1-q

Für den erfindungsgemäßen Wärmetauscher bzw. dessen die Wärmespeicher¬ vorrichtung bildenden netzartigen Gebildes wird zweckmäßig ein dünnes und flexibles Gewebe (oder Gittermaterial) verwendet, das insbesondere bei einem Wärmetauscher für die Raumbelüftung aus dünnen Drähten mit einer Drahtstärke von etwa 0,15 bis 0,3 mm hergestellt ist und dessen lichte quadratische Maschenweite vorzugsweise bei 0,5 mm bis 1,4 mm liegt. Ebenso wie die Anzahl der Schichten des netzartigen Gebildes können aber auch die Maschenweite und die Drahtstärke in verhältnis¬ mäßig weiten Bereichen variieren. Ein günstiges Verhältnis von lichter Maschenweite zur Drahtstärke liegt im Bereich 3 bis 6.

Die einzelnen Schichten bzw. Lagen des als Wärmetauscher verwendeten netzartigen Gebildes können dadurch gebildet werden, daß einzelne Ge¬ webe- bzw. Gitterzuschnitte in der gewünschten Anzahl schichtweise auf¬ einandergelegt werden. In fertigungstechnischer Hinsicht vorteilhafter ist es aber im allgemeinen, wenn das netzartige Gebilde aus einem dünnen, flexiblen Gewebe- oder Gitterband hergestellt wird, das zur Schichtbildung zick-zackförmig gefaltet wird. Besonders vorteilhaft ist eine Anordnung, bei der das dünne, flexible Gewebeband (oder Gitterband) mit der gewünschten Anzahl an Wickellagen zu einem Wickelkörper gewickelt wird. Der erfindungsgemäße regenerative Wärmetauscher kann, wie erwähnt, mit besonderem Vorteil als Frischluft- Wärmetauscher für die Raumbelüftung bzw. für die Raumklimatisierung verwendet werden, wobei er sich als ein leichtbauendes Kleingerät für die Einzelraumbelüftung bzw. die Einzel¬ raumklimatisierung ausbilden läßt. Er kann hierbei in einem Fenster des Raumes oder aber in einer Öffnung der Gebäudeaußenwand eingebaut wer¬ den. Aufgrund des hohen Wirkungsgrades kann die in der Abluft enthalte¬ ne, an dem netzartigen Gebilde bei Durchströmung auskondensierende Feuchtigkeit der im Gegenstrom zugeführten Frischluft direkt zugeführt werden, so daß auch bei kälteren Außentemperaturen die Frischluft nahezu mit der Temperatur und der Luftfeuchte der Raumluft in den Raum

BERICHTIGTES BLATT (REGEL 91) ISA/EP gelangt. Außerdem kann mit dem erfindungsgemäßen Wärmetauscher ohne weiteres auch die Frischluft aktiv gekühlt werden, wenn man die Abluft bei Eintritt in das Wärmetauschergerät bis etwa zur Kühlgrenze befeuchtet und anschließend durch den Wärmetauscher strömen läßt. Die Frischluft gelangt dann nahezu mit der dem Raumluftzustand entsprechenden Kühl¬ grenztemperatur in den Raum, ohne jedoch zusätzliche Feuchtigkeit auf¬ genommen zu haben.

Der erfindungsgemäße regenerative Wärmetauscher, der bevorzugt im Ge¬ genstrom der wärmeabgebenden und wärmeaufnehmenden Luft (oder eines sonstigen gasförmigen Mediums) arbeitet, läßt sich unter Verwendung des mehrschichtigen netzartigen Gebildes in unterschiedlicher Weise ausge¬ stalten, z.B. in einfacher Weise als Gegenstrom- Wärmetauscher mit fest eingebautem netzartigen Gebilde, das durch Umschaltung alternierend von der Abluft und der Zuluft durchströmt wird. In diesem Fall muß mit paarweise gegenläufig arbeitenden Wärmetauschern gearbeitet werden.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltungsform der Erfindung ist das mehrschichtige netzartige Gebilde am Anfang eines, vorzugsweise zylindri¬ schen, Drehkörpers angeordnet, dessen Innenraum durch eine Trennwand in Gegenstromkammern für die Durchströmung des wärmeabgebenden und des wärmeaufnehmenden gasförmigen Mediums (Ab- und Zuluft) im Gegen¬ strom unterteilt ist, wobei die Trennwand zweckmäßig gegenüber dem ro¬ tierenden Drehkörper feststehend angeordnet ist und der Drehkörper einen vorzugsweise von einem Stützgitter o.dgl. gebildeteten gasdurchlässigen Mantel als Träger für das netzartige Gebilde aufweist. Dabei empfiehlt es sich, das flexible Gewebe- oder Gittermaterial mit der gewünschten Anzahl an Wickellagen auf den Drehkörpermantel aufzuwickeln. Der antreibbare Drehkörper mit dem an seinem Mantel angeordneten mehrschichtigen netz¬ artigen Gebilde (Wickelkörper) weist bei kleinen Bauabmessungen in Durchströmrichtung und kleinem Baugewicht eine vergleichsweise große Wärmespeicherkapazität auf und kann aufgrund des vergleichsweise klei¬ nen Luft-Durchströmwiderstandes mit kleinen Ventilatorleistungen betrieben werden, so daß der Energieaufwand für die Förderung von Ab- und Zuluft vergleichsweise gering ist. Er läßt sich in Gebäuderäumen problemlos un¬ terbringen, insbesondere, wie erwähnt, in einem Fenster oder in einer

Außenwandöffnung.

BERICHTIGTES BLATT (REGEL 91)

ISA/EP Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsmerkmale des als rotierender Drehkörper ausgebildeten Wärmetauschers sind in den einzelnen Ansprüchen angege¬ ben.

Die Erfindung wird nachfolgend im Zusammenhang mit dem in der Zeich¬ nung gezeigten bevorzugten Ausführungsbeispiel näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen erfindungsgemäßen regenerativen Wärmetauscher im Anbauzu¬ stand an einem Fenster, einer Gebäudeaußenwand o. dgl. im Schnitt;

Fig. 2 den Wärmetauscher nach Fig. 1 in einer Ansicht von der Raumseite her in Richtung des Pfeiles II der Fig. 1;

Fig. 3 den Wärmetauscher nach den Fig. 1 und 2 in perspektivischer Darstellung, teilweise aufgebrochen;

Fig. 4 in starker Vergrößerung und im Teilschnitt die aus mehreren La¬ gen bestehende Wärmespeichervorrichtung nach der Erfindung;

Fig. 5 eine Draufsicht in Richtung des Pfeiles V der Fig. 4.

Der dargestellte regenerative Wärmetauscher 1 bildet einen Frischluftwär¬ metauscher für die Belüftung bzw. Klimatisierung eines Raumes innerhalb eines Gebäudes. Er ist mittels einer Montageplatte 2 an der Rauminnensei¬ te vor einer Öffnung 3 eines Fensters 4 angebaut. Statt dessen kann der Wärmetauscher 1 aber auch an oder in der Öffnung einer Gebäude-Außen¬ wand eingebaut sein.

Der Wärmetauscher 1 weist einen zylindrischen Drehkörper 5 auf. Dieser besteht aus einem zylindrischen Mantel 6, der mit einer Vielzahl von Durchbrechungen für den Durchtritt der Zu- und Abluft versehen ist und zweckmäßig aus einem den Wärmeaustauschkörper tragenden Stützgitter o. dgl. besteht. Mit dem Mantel 6 fest verbunden ist eine Stirnplatte 7, die den Drehkörper 5 raumseitig, d.h. auf der der Montageplatte 2 gegen¬ überliegenden Seite seines Mantels 6 schließt.

BERICHTIGTES BLATT (REGEL 91) ISA/EP Im Inneren des Drehkörpers 5 befindet sich eine an der Montageplatte 2 fest angeordnete Trennwand 8, die, wie die Fig. 2 und 3 zeigen, den Drehkörper 5 in Durchmesserrichtung durchsetzt und den Innenraum des Drehkörpers 5 in zwei gegeneinander abgedichtete Gegenstromkammern 9 und 10 unterteilt. Die gegenüber dem um seine Achse rotierenden Dreh¬ körper 5 feststehende Trennwand 8 ist gegenüber der Stirnwand 7 des Drehkörpers mittels einer nachgiebigen Dichtung 11 abgedichtet. Diese besteht in dem gezeigten Ausführungsbeispiel aus einem an der betref¬ fenden Längskante der Trennwand 8 angeordneten elastischen Dichtstrei¬ fen, der sich dichtend gegen die Innenseite der Stirnplatte 7 anlegt. Die Trennwand 8 weist außerdem an ihren beiden parallelen Schmalseiten je¬ weils ein Dichtelement 12 (Fig. 2 und 3) auf, idas die Dichtung der Trennwand gegenüber der zylindrischen Innenfläche des Mantels 6 her¬ stellt und im gezeigten Ausführungsbeispiel ebenfalls aus einem an der Trennwand befestigten flexiblen Dichtstreifen besteht. Anstelle der flexiblen Dichtstreifen können aber auch zur Abdichtung der Trennwand gegenüber dem Drehkörper andere Dichtelemente vorgesehen werden.

Der Mantel 6 des Drehkörpers 5 ist an der der Stirnplatte 7 gegenüberlie¬ genden Seite über eine rundumlaufende Dichtung 13 gegenüber der Monta¬ geplatte 2 abgedichtet, wobei auch diese Dichtung 13 aus einem ringför¬ migen elastischen Dichtungsstreifen oder einer sonstigen Gleitringdichtung bestehen kann. Wesentlich ist, daß die beiden Gegenstromräume 9 und 10 im Inneren des Drehkörpers 5 sowohl gegeneinander als auch am Mantel¬ umfang gegenüber der Montageplatte 2 abgedichtet sind.

Der Drehkörper 5 ist mit seiner Stirnplatte 7 mittig auf einer an der Montageplatte 2 angeordneten Drehachse 14 abgestützt, die, wie Fig. 1 zeigt, die geschlossene Trennwand 8 und eine in der Mitte der Stirnplatte 7 angeordnete Öffnung durchgreift. Die Lagesicherung des Drehkörpers 5 gegenüber der Montageplatte 2 und der Trennwand 8 erfolgt mit Hilfe ei¬ nes Sicherungsorgans 15 an der Durchführung der Drehachse 14 durch die Stirnplatte 7. Dieses Sicherungsorgan 15 kann aus einer einfachen Mutter, z.B. einer Rändelmutter, bestehen, die auf das Gewindeende der Drehachse 14 aufgedreht ist. Die Drehachse 14 kann an der Montageplatte 2 drehbar gelagert sein und bildet in diesem Fall eine mit dem Drehkörper 5 bzw. dessen Stirnplatte 7 drehschlüssig verbundene Welle. Sie kann aber auch

BERICHTIGTES BLATT (REGEL 91) ISA/EP an der Montageplatte 2 fest angeordnet sein, so daß der Drehkörper 5 auf dem freien Ende der Drehachse 14 mittels eines Drehlagers, z.B. eines Gleitlagers, drehbar gelagert ist. Bei gelöstem Sicherungsorgan 15 kann der gesamte Drehkörper 5 von der Trennwand 8 und der Montageplatte 2 zur Rauminnenseite hin abgezogen werden, um z.B. die am Drehkörper¬ mantel angeordnete Wärmespeichervorrichtung zu reinigen.

An der Montageplatte 2 sind in Umfangsrichtung verteilt mehrere Laufrol¬ len 16, im gezeigten Ausführungsbeispiel (Fig. 2) vier Laufrollen 16 an Laufrollenhaltern 17 gelagert, die sich auf der Innenfläche des zylindri¬ schen Drehkörpermantels 6 abwälzen und damit den Drehkörper 5 auf der Seite der Montageplatte 4 drehbar abstützen und lagern. Die Laufrollen 16 bestehen vorzugsweise aus einem Gummi- oder Kunststoffmaterial oder sind an ihrem Umfang mit einem solchen Material belegt. Eine dieser Laufrollen 16 ist mit Hilfe eines kleinen elektrischen Antriebsmotors 18 antreibbar. Sie bildet die Triebrolle für einen Reibradantrieb. Mit Hilfe dieses Reib¬ radantriebes läßt sich der Drehkörper 5 gegenüber der Montageplatte 2 und der Trennwand 8 um seine Achse drehen. Der Antriebsmotor 18 ist wie die Laufrollen 16 im Inneren des Drehkörpers 5 angeordnet.

Die Montageplatte 2 weist zu beiden Seiten der Trennwand 8 eine Öffnung 19 bzw. 20 auf. Die Öffnungen 19 und 20 liegen innerhalb der Öffnung 3 der Fensterscheibe 4 oder innerhalb der den Wärmetauscher 1 aufnehmen¬ den Gebäudewandöffnung. An oder in jeder Öffnung befindet sich ein Ven¬ tilator 21, der von einem kleinen Elektromotor 22 angetrieben wird. Die Ventilatoren 21 mit ihrem Elektromotor 22 sind jeweils an einer Konsole 23 angeordnet, die im Inneren des Drehkörpers 5 an der Trennwand 8 befe¬ stigt ist.

Auf dem zylindrischen, als Stützgitter o. dgl. ausgebildeten Mantel 6 befindet sich die Wärmespeichervorrichtung des Wärmetauschers, die aus einem mehrschichtigen netzartigen Gebilde 24 besteht. Das netzartige Gebilde 24 weist eine Gewebestruktur auf, d.h. es besteht aus dünnen, flexiblen Gewebeelementen, die in mehreren übereinanderliegenden Lagen auf dem Stützgitter des Drehkörpermantels angeordnet sind. Wie die Fig. 4 und 5 zur Verdeutlichung übertrieben groß zeigen, besteht das dünne Gewebematerial aus längs und quer verlaufenden, miteinander verwebten

BERICHTIGTES BLATT (REGEL 91) dünnen Drähten 25 bzw. 26 aus Kunststoff, z.B. Polyäthylen oder Poly¬ amid o. dgl. Fig. 4 zeigt zur Vereinfachung lediglich vier aufeinander- liegende Lagen A bis D, die jeweüs aus einem dünnen Gewebeelement be¬ stehen. Das mehrschichtige netzartige Gebilde 24 besteht vorteilhafterweise aus einem auf den Mantel 6 des Drehkörpers 5 mit der gewünschten An¬ zahl an Wickellagen aufgewickelten dünnen Gewebeband, dessen Breite et¬ wa der Breite des zylindrischen Drehkörpers 5 entspricht. Das dünne, flexible Gewebeband wird also nach Art einer Bandage mit einer für den Festsitz ausreichenden Spannung und mit der gewünschten Anzahl an Wickellagen auf den Mantel 6 des Drehkörpers 5 aufgewickelt und an die¬ sem in geeigneter Weise fixiert. Fig. 4 läßt erkennen, daß die sich über¬ deckenden Schichten bzw. Wickellagen A, B, C usw. im wesentlichen nur mit punkt- bzw. linienförmiger Berührung ihrer dünnen Drahtelemente 26 aufeinanderliegen. An den beiden gegenüberliegenden ringförmigen Stirn¬ seiten des zylindrischen Wickelkörpers können die Wickellagen durch eine ringförmige Einfassung 27 gegeneinander fixiert werden, wobei die Einfas¬ sung 27 den Wickelkörper auch an seinen Stirnseiten schließt. Die Ein¬ fassungen 27 können aus einem Kunststoffring bestehen oder von einer aushärtenden Vergußmasse gebildet werden.

Der beschriebene regenerative Wärmetauscher arbeitet als Gegenstrom- Wär¬ metauscher. Die Raum- bzw. Abluft wird von dem einen der beiden Venti¬ latoren 21 aus dem Raum abgesaugt und durch die Öffnung 3 nach außen ins Freie geführt. Hierbei strömt die Raumluft in Pfeilrichtung 34 über den Halbumfang des Drehkörpers durch das am Mantel 6 angeordnete netz¬ artige Gebilde 24 in die Gegenstromkammer 9 und von dieser in Pfeilrich¬ tung 33, 31 durch die Öffnung 19 der Montageplatte 2 hindurch nach außen. Die Frisch- oder Zuluft strömt in Gegenrichtung, d.h. in Pfeil¬ richtung 29 von außen durch die Öffnung 20 der Montageplatte 2 hindurch in die andere Gegenstromkammer 10 und von dieser über den anderen Halbumfang des Mantels 6 und den hier befindlichen Bereich des netzar¬ tigen Gebildes 24 in Pfeilrichtung 28 in den Raum. Da der die Wärmespei¬ chervorrichtung tragende Drehkörper im Belüftungsbetrieb mit Hilfe des Drehantriebes 16, 18 eine kontinuierliche Drehbewegung ausführt, kommt es zu einem Wärmetausch zwischen Ab- und Zuluft. Die z.B. von der Raumluft bei der Durchströmung in Pfeilrichtung 34 an das netzartige Ge¬ bilde 24 abgegebene und von diesem aufgenommene und gespeicherte Wärme

BERICHTIGTES BLATT (REGEL 91) wird bei Weiterdrehung des Drehkörpers 5 von der das netzartige Gebilde 24 gemäß Pfeilrichtung 28 von innen nach außen durchströmenden Zu- bzw. Abluft an diese abgegeben, so daß eine Raumbelüftung mit Wärme¬ rückgewinnung erreicht wird. Gleiches gilt grundsätzlich auch dann, wenn die von außen zugeführte Frischluft ein höheres Temperaturniveau hat, als die aus dem Raum abgeführte Raumluft.

Mit Hilfe des beschriebenen Wärmetauschers wird auch die in der Abluft enthaltene Feuchtigkeit unmittelbar der Zu- bzw. Frischluft zugeführt werden, da die an das netzartige Gebilde 24 von der Abluft abgegebene Feuchtigkeit von der sich bei der Durchströmung des netzartigen Gebildes erwärmenden Frischluft aufgenommen wird. Auch kann mit dem Wärmetau¬ scher eine Kühlung der dem Raum zugeführten Frischluft bewirkt werden, indem man die Abluft mit Hilfe einer geeigneten, am Gerät angeordneten Befeuchtungsvorrichtung etwa bis zur Kühlgrenze befeuchtet und anschlie¬ ßend durch den Wärmetauscher strömen läßt. Die Frischluft gelangt dann nahezu mit der dem Raumluftzustand entsprechenden Kühlgrenztemperatur in den Raum, ohne hierbei jedoch zusätzhche Feuchtigkeit aufgenommen zu haben.

Mit dem vorstehend beschriebenen Wärmetauscher lassen sich hohe Wir¬ kungsgrade selbst in der Größenordnung von 90% erreichen. Über die An¬ zahl der Wickellagen des die Wärmespeichervorrichtung bildenden netzar¬ tigen Gebildes 24 und die Größe der Mantelfläche des Drehkörpermantels 6 und damit der durchströmten Fläche des netzartigen Gebildes 24 lassen sich die gewünschten Betriebsbedingungen einstellen.

Im Folgenden werden einige Beispiele für die Auslegung des beschriebenen Wärmetauschers bei unterschiedlichen Volumenströmen für die Zu- und Ab¬ luft und bei unterschiedlicher Anzahl der Schichten bzw. Wickellagen des netzartigen Gebildes 24 angegeben. Die in der nachfolgenden Tabelle an¬ gegebenen Werte beziehen sich auf eine Gesamtdurchtrittsfläche des netz- artigen Gebildes 24 (Zylinderumfang x Länge) von 1 m , wobei davon ausgegangen wird, daß mit gleichen Zu- und Abluftmengen gearbeitet wird. Für das netzartige Gebilde 24 wird dabei ein Kunststoff-Gewebema¬ terial mit einer Stärke der Drähte 25 und 26 von 0,3 mm und einer lich¬ ten Maschenweite der quadratischen Gewebemaschen von 1,4 mm verwendet.

BERICHTIGTES BLATT (REGEL 91) Bei ähnlichen geometrischen Verhältnissen (Variation der Drahtstärke) än¬ dern sich die Tabellendaten n um den Faktor (d/do) ' ,t um den Faktor (d/do) ' und die Drehzahl um den Faktor (d/do)^" " , wenn d die Draht¬ stärke und do die Referenzdrahtstärke bedeuten. Die übrigen spezifischen Daten bleiben weitgehend unberührt.

Tabelle

In der vorgenannten Tabelle sind:

V = Volumenstrom je Seite (m /h) dP = Druckverlust je Seite (Pa) n = Anzahl Lagen t = Bautiefe in Strömungsrichtung (mm) i^ = Wärmetauschgrad (%)

Überraschenderweise können die in der vorgenannten Tabelle angegebenen ho¬ hen Wirkungsgrade mit einer relativ kleinen Drehgeschwindigkeit des Dreh¬ körpers erreicht werden. Um beispielsweise bei einem Druckverlust der Luft im netzartigen Gebilde 24 von 25 Pa und einer Luftdurchströmgeschwindigkeit von etwa 0,39 m/s durch das netzartige Gebilde einen Wirkungsgrad in der Größenordnung von 90% zu erreichen, reicht schon eine Drehzahl von 10 U/mi völlig aus. Bei einer Halbierung der Drehzahl arbeitet der Wärmetauscher im¬ mer noch mit einem Wirkungsgrad von etwa 89%.

Der vorstehend beschriebene Wärmetauscher läßt sich in verschiedener Hin¬ sicht abwandeln. Im allgemeinen genügt es, wenn der Drehkörper 5 auf der Seite der Montageplatte 4 nur auf drei Lager- bzw. Laufrollen gelagert wird. Die beiden Ventilatoren 21 können mit ihren Gehäusen auch unmittelbar in den Öffnungen 19 und 20 der Montageplatte 2 eingebaut werden. Der luft- durchlässige Mantel 6 des Drehkörpers 5 kann auch aus Kunststoff oder aus Metall bestehen, z.B. aus einem ausreichend steifen Metallnetz. Auch die Trennwand 8 kann aus Kunststoff, Metall oder Holz bestehen. Anstelle des bevorzugt vorgesehenen Gewebematerials für den Aufbau der mehrschichtigen Wärmespeichervorrichtung kann auch ein entsprechend dünnes, flexibles Git¬ terelement aus sich kreuzenden Kunststoffdrähten 25 und 26 verwendet wer¬ den, wobei diese an den Kreuzungspunkten aneinander fixiert sind. Das mehrschichtige netzartige Gebilde 24 sollte aus einem Gewebematerial bzw. einem Gittermaterial mit einer relativ offenen regelmäßigen Struktur her¬ gestellt werden. Die Wärmeleitfähigkeit des netzartigen Gebildes 24 in Durch¬ strömrichtung sollte möglichst gering gehalten werden. Dies ist durch das bevorzugt verwendete Kunststoffmaterial sowie durch die beschriebene punkt- bzw. linienförmige Berührung der einzelnen aufeinanderliegenden Lagen A, B, C usw. gegeben. Abweichend von dem beschriebenen Ausführungsbeispiel kann der das netzartige Gebilde 24 tragende Körper 5 auch feststehend angeordnet werden. In diesem Fall kann die Trennwand 8 zusammen mit der Ventilator¬ vorrichtung gegenüber dem Körper 5 drehbar ausgeführt werden.

Wie erwähnt, kann der erfindungsgemäße regenerative Wärmetauscher auch Bestandteil einer Luftkühleinrichtung sein, welche verdunstendes Wasser zur Kälteerzeugung verwendet. Das Gerät kann zugleich auch zur Luftbefeuchtung verwendet werden. Es weist dann eine von der zu befeuchtenden Luft durch¬ strömte Befeuchtungsvorrichtung auf, z.B. ein oder auch mehrere hintereinan¬ der angeordnete luftdurchlässige Elemente aus einem saugfähigen Material, die von einer Wasserzuführung am Gerät befeuchtet werden. Soll die über den Wärmetauscher strömende Zu- bzw. Frischluft gekühlt werden, so kann die aus dem Raum abgeführte Abluft, bevor sie das netzartige Gebilde durch¬ strömt, mit einer geeigneten Vorrichtung befeuchtet werden. Dies läßt sich mit außerordentlich geringem Energieaufwand durchführen, wenn die luftbe¬ feuchtenden Elemente ebenfalls als Gewebe- oder Gitterelemente aus einem saugfähigen Material, z.B. Baumwolle o. dgl. hergestellt und, in Durchström¬ richtung der Abluft gesehen, in mehreren, zweckmäßig etwa 3 bis 8 Lagen, angeordnet werden, wobei die Gewebe- bzw. Gitterelemente z.B. mittels einer Sprühvorrichtung mit Wasser befeuchtet werden.

Schließlich kann das erfindungsgemäße mehrschichtige netzartige Gebilde als Wärmespeichervorrichtung auch bei Wärmetauschern anderer Ausführungen

BERICHTIGTES BLATT (REGEL 91) und/oder als Wärmetauscher für andere Einsatzzwecke verwendet werden, z.B. für die Wärmerückgewinnung aus Abgasen. Insbesondere dann, wenn der regenerative Wärmetauscher bei hohen Einsatztemperaturen zur Anwendung kommt, kann das aus mehreren Schichten bestehende netzartige Gebilde nach der Erfindung auch aus einem Gewebe- oder Gittermaterial aus Metall gefer¬ tigt werden. In diesem Fall empfiehlt es sich, zwischen den einzelnen Schichten Distanzelemente anzuordnen, vorzugsweise in Gestalt einer Gitter¬ oder Gewebelage, deren Maschenweite z.B. um das 5-fache größer ist als die Maschenweite des für das wärmetauschende netzartige Gebilde verwendeten Gewebe- oder Gittermaterials. Auch kann das erfindungsgemäße mehrschichtige netzartige Gebilde als Wärmespeichervorrichtung auch bei statischen Wärme¬ tauschern eingesetzt werden. Mit Vorteil läßt sich die Wärmespeichervorrich¬ tung nach der Erfindung auch so ausführen, daß das mehrschichtige netzar¬ tige Gebilde insgesamt zu einem etwa zick-zack-förmigen oder mäanderförmi- gen Gebilde geformt wird. Eine solche Ausbildung empfiehlt sich vor allem bei einem statischen Wärmetauscher, der von dem wärmeaufnehmenden und dem wärmeabgebenden gasförmigen Medium alternierend in wechselnder Rich¬ tung durchströmt wird. Mit dieser Gestaltung des netzartigen Gebildes lassen sich besonders kleine Abmessungen für den Wärmetauscher erreichen. Das netzartige Gebilde wird, wie erwähnt, aus dünnen Drähten bzw. monofilen Fäden gefertigt, deren Stärke vorteilhafterweise bis etwa 1 mm beträgt, in bevorzugter Ausführung unter 0,3 mm liegt. Das Verhältnis der lichten Ma¬ schenweite des Gewebe- oder Gittermaterials zur Drahtstärke liegt zweckmäßig im Bereich von 2 bis 8, vorzugsweise bei 5.

BERICHTIGTES BLATT (REGEL 91) ISA/EP

Claims

Patentansprüche

1. Regenerativer Wärmetauscher für gasförmige Medien, insbesondere Luft¬ wärmetauscher für die Raumbelüftung von Gebäuden, mit einer in wechselnder Folge von den wärmeabgebenden und den wärmeaufnehmenden gasförmigen Me¬ dien durchströmten Wärmespeichervorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Wäπnespeichervorrichtung aus einem mehrschichtigen netzartigen Gebilde (24) besteht, wobei die netzartigen Gebilde in Durchströmungsrichtung ther¬ misch weitgehend entkoppelt sind.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das netzar¬ tige Gebilde (24) aus Kunststoff, z.B. Polyäthylen, besteht.

3. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einzel¬ nen Schichten (A, B, C usw.) des netzartigen Gebildes (24) durch zwischen ihnen angeordnete Distanzelemente, z.B. Gewebe- oder Gitterschichten größerer Maschenweite, distanziert sind.

4. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Schichten des netzartigen Gebildes (24) mindestens gleich l - l ist, vorzugsweise darüber hegt. ~¹^

5. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ver¬ hältnis der lichten Maschenweite zur Drahtstärke des netzartigen Gebildes im Bereich von 2 - 8 liegt, vorzugsweise bei 5.

6. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das mehr¬ schichtige netzartige Gebilde (24) am Umfang eines, vorzugsweise zylindri¬ schen, Drehkörpers (5) angeordnet ist, dessen Innenraum durch eine Trenn¬ wand (8) in Gegenstromkammern (9, 10) für die Durchströmung des wärmeab¬ gebenden und des wärmeaufnehmenden gasförmigen Mediums (Abluft und Zu¬ luft) im Gegenstrom unterteilt ist.

7. Wärmetauscher nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Dreh¬ körper (5) einen, vorzugsweise von einem Stützgitter o.dgl. gebildeten, gas¬ durchlässigen Mantel (6) als Träger für das mehrschichtige netzartige Gebilde (24) aufweist.

BERICHTIGTES BLATT (REGEL 91)

8. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er an einer Fenster- oder Gebäudewandöffhung (3) des Raumes angeordnet ist.

9. Wärmetauscher nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß er mit einer abluftseitigen Vorrichtung zur Luftbefeuchtung, umfassend ein im wesentlichen senkrecht zur Strömungsrichtung angeordnetes, befeuchtetes, vorzugsweise mehrlagiges Gewebe hoher Saugfähigkeit mit einer Gitterstruktur etwa ent¬ sprechend derjenigen der netzartigen Gebilde, versehen ist.

10. Wärmetauscher, dadurch gekennzeichnet, daß er raum-austrittsseitig eine Gerätebegrenzung bildet.

BERICHTIGTES BLATT (REGEL 91) ISA/EP