DE19813119A1

DE19813119A1 - Turbulence heat recovery device for ventilation unit

Info

Publication number: DE19813119A1
Application number: DE19813119A
Authority: DE
Inventors: Dietrich Graf; Herbert Friedrich; Guenter Porschel
Original assignee: Bode Fenster & Co KG GmbH; INST ENERGETIK und UMWELT GGMB
Current assignee: FPL WAERMERUECKGEWINNUNG-LUEFTUNG GMBH, 38889 BLAN
Priority date: 1998-03-25
Filing date: 1998-03-25
Publication date: 1999-10-07

Abstract

The heat recovery device (8) consists of separating plates one above the other with profile or S-shaped profile strips folded one above the other perpendicular to the direction of flow. The profile in the section plane perpendicular to the direction of flow is of sawtooth shape. The identical teeth, aligned against each other in a row, have the same flank length, the flanks being at a right angle to each other at the tips.

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher für zwei oder mehrere Stoffströme unterschiedlicher Temperatur, die durch Trennplatten, die Wärmeübergangsflächen, getrennt sind, und die die durch diese Trennwände gebildeteten zwei (oder mehrere) Gruppen von Strömungskanälen über jeweilige Ein- und Auslaßöffnungen nach dem Gegenstromprinzip durchströmen, und für den die erfindungsgemäße Ausbildung der Trennwände eine sehr hohe, auf das Tauschervolumen bezogene, Wärmeaustauschleistung bei zugleich geringen Temperaturdifferenzen über die Wärme tauscherflächen erzielt wird, und damit ein sehr breites Spektrum von Anwendungen erschlossen wird, neben allen herkömmlichen insbesondere auch solche, bei denen für den Wärme tauschereinbau ein nur begrenztes und in der Form vorgegebenes Volumen verfügbar ist.The invention relates to a heat exchanger for two or more material flows different Temperature, which are separated by separating plates, the heat transfer surfaces, and which by these partitions formed two (or more) groups of flow channels across flow through respective inlet and outlet openings according to the counterflow principle, and for which the inventive design of the partitions a very high, on the exchanger volume related, heat exchange performance with small temperature differences over the heat exchanger surfaces is achieved, and thus opened up a very wide range of applications is, in addition to all conventional, especially those for which the heat exchanger installation, only a limited volume and in the form specified is available.

Gegenstromwärmetauscher gehören zum Stand der Technik. Dabei ist mit diesen eine wesentlich bessere Effizienz erreichbar als bei den derzeit noch sehr breit eingesetzten Kreuzstrom- Plattenwärmeübertragern. Denn wegen der Gegenstromführung ist bei geeigneter konstruktiver Gestaltung eine solche Betriebsweise erreichbar, bei der die Austrittstemperatur des wärmeabge benden Stoffstromes sich der Eintrittstemperatur des wärmeaufnehmenden Stoffstromes annähert. Für die durch die Trennwand des Wärmetauschers hindurch transportierte Wärmemenge Q gilt näherungsweise
Counterflow heat exchangers are state of the art. Thereby, a much better efficiency can be achieved than with the cross-flow plate heat exchangers that are still very widely used at the moment. Because because of the countercurrent flow, such a mode of operation can be achieved with a suitable structural design, in which the outlet temperature of the heat-emitting stream approaches the inlet temperature of the heat-absorbing stream. The heat quantity Q transported through the partition wall of the heat exchanger approximately applies

(1) Q=k * A * ΔT_m,
(1) Q = k * A * ΔT _m ,

k - Wärmedurchgangskoeffizient, A - von den Stoffströmen umströmte Trennfläche (Wärmetau scherfläche), ΔT_m - mittlere Temperaturdifferenz zwischen den Stoffströmen längs (bzw. entgegen) der Strömungsrichtung.k - heat transfer coefficient, A - separating surface around which the material flows (heat exchanger shear surface), ΔT _m - mean temperature difference between the material flows along (or opposite) the flow direction.

Verbesserungen der Effizienz eines Wärmetauschers bezogen auf das Tauschervolumen zielen naturgemäß auf eine Vergrößerung der Trennfläche A bei gleichbleibendem Tauschervolumen und die Vergrößerung des k-Faktors in Gl. (1) hin. Eine deutliche Vergrößerung der Trennfläche im Vergleich zum Kreuzstromwärmetauscher wird dabei durch eine veränderte Form der Wärme tauscheranordnung, insbesondere eine langgestreckte Bauweise in Verbindung mit der Nutzung des Gegenstromprinzips möglich. Die Realisierung kanalförmiger Trennflächen bringt eine weitere deutliche Vergrößerung der Fläche A. Die Vergrößerung des k-Faktors ist vor allem mit einer gezielten Beeinflussung der Strömungsverhältnisse im Nahbereich der Trennfläche möglich. Denn die Wärmedurchgangszahl k ist allein durch die Wärmeübergangszahlen Luft/Trennfläche bestimmt, der Wärmeleitwiderstand der Trennplatten ist auch für weniger gut wärmeleitende Materialien wie Kunststoff oder Glas bei den üblichen Dicken der Trennplatten vernachlässigbar klein. Diese Wärmeübergangszahlen sind insbesondere beim Vorliegen laminarer Strömungsverhältnisse deutlich kleiner als bei einer turbulenten Strömung. Hierbei ist allerdings zu beachten, daß eine turbulente Strömung wie auch Maßnahmen zur Störung der laminaren Strömung etwa durch Änderung von Durchström- und Anströmquerschnitten Vergrößerungen der Druckverluste längs der Strömungsrichtung bewirken.Target improvements in the efficiency of a heat exchanger in relation to the exchanger volume naturally to an increase in the separation area A with the same exchanger volume and the enlargement of the k factor in Eq. (1) out. A significant increase in the separation area in the Comparison to the cross-flow heat exchanger is due to a changed form of heat Exchanger arrangement, in particular an elongated construction in connection with the use of the counterflow principle possible. The implementation of channel-shaped partitions brings another significant increase in area A. The increase in the k factor is primarily with a targeted influencing of the flow conditions in the vicinity of the interface possible. Because the heat transfer coefficient k is solely due to the heat transfer coefficient air / interface determined, the thermal conductivity of the partition plates is also less good thermal Materials such as plastic or glass are negligible with the usual thicknesses of the partition plates small. These heat transfer coefficients are particularly laminar when they are present Flow conditions significantly smaller than in a turbulent flow. Here is, however note that turbulent flow as well as measures to disrupt the laminar Flow, for example, by changing flow and inflow cross sections of pressure losses along the direction of flow.

Bei dem in der Patentschrift DE 195 19 511 beschriebenen Gegenstromwärmetauscher wird die Wärmetauscherfläche dadurch vergrößert, daß in einer im Prinzip dem Plattenwärmetauscher aufbau entsprechenden Anordnung in die Plattenzwischenräume zumindest alternierend Querstege (Rippen) angebracht werden und somit die Austauschfläche annähernd verdoppelt wird. Hierdurch wird der Zwischenraum zwischen zwei Platten in Strömungskanäle annähernd quadra tischen Querschnitts unterteilt, die jedoch sämtlich in gleicher Richtung durchströmt werden. Das Gegenstromprinzip ist hier nur bezüglich benachbarter Plattenzwischenräume realisiert. Die Ver größerung der Wärmetauscherfläche wird damit nicht voll wirksam, da die Wärmeableitung über die Stege, also über gegenüber üblichen Plattendicken große Strecken, erforderlich ist, und der Wärmeleitwiderstand längs dieser "Rippen" nicht mehr als klein gegenüber den Wärmeüber gangszahlen an der Wärmetauscherflächengrenze vorausgesetzt werden kann. Ein Kanalwärme tauscher mit optimal vergrößerter Wärmetauscherfläche und allseitig in Gegenrichtung durch strömten Kanälen wird in der PS DE 43 33 904 beschrieben. Mit dem hier benutzten spitzwink ligen Trapezkegelprofil wird zudem eine Druckstabilisierung und die Formbeständigkeit der Kanäle dadurch erreicht, daß die breiteren Stümpfe der Trapezkegel auf die schmaleren offenen Oberseiten der darunterliegenden Trapezkegel aufgelegt werden und dieses Tauscherpaket in ein druckstabiles Gehäuse eingefügt wird. Diese in vieler Hinsicht vorteilhafte und insgesamt sehr weiterführende Lösung hat jedoch den Nachteil, daß zur Störung der laminaren Strömung bzw. der Erzeugung von Turbulenzen, d. h. zur Vergrößerung des k-Faktors in Gl. (1), eine Struktu rierung der Wandungen innerhalb der quadratischen Kanäle vorgesehen werden muß. Deswei teren wird eine Störung der laminaren Strömung durch wiederkehrende Anströmvorgänge im Kanal des Wärmetauschers erzeugt, indem in bestimmten Abständen die Kanalströmung über eine kurze Strecke in einen flachen Kanal entsprechend den Verhältnissen beim Plattenwärmetauscher übergeht. Dadurch entstehen jedoch wiederholte Querschnittsverengungen und -erweiterungen, die denen der ebenfalls analog zum Plattenwärmetauscher gestalteten Ein- und Austrittsbereiche beider Stoffströme ähnlich sind, und die zusätzliche, nicht unerhebliche Druckverluste erzeugen. Darüberhinaus reduzieren diese Unterbrechungen der Strömungskanäle durch ebene Platten die Wärmetauscherfläche bezogen auf das Volumen des Wärmetauschers.In the countercurrent heat exchanger described in the patent DE 195 19 511 Heat exchanger area increased in that in a plate heat exchanger in principle structure corresponding arrangement in the plate interspaces at least alternating crossbars (Ribs) are attached and thus the exchange surface is almost doubled. As a result, the space between two plates in flow channels is approximately quadra table cross section divided, but all are flowed through in the same direction. The The counterflow principle is only implemented with respect to adjacent plate interspaces. The Ver Increasing the heat exchanger area is not fully effective because the heat dissipation the webs, that is to say over long distances compared to conventional panel thicknesses, is required, and Thermal conductivity along these "fins" is no more than small compared to the heat transfer gears can be assumed at the surface of the heat exchanger. A channel heat exchanger with an optimally enlarged heat exchanger surface and on all sides in the opposite direction flowed channels is described in PS DE 43 33 904. With the pointed angle used here The trapezoidal cone profile also ensures pressure stabilization and dimensional stability Channels achieved in that the wider stumps of the trapezoidal cone on the narrower open Tops of the trapezoidal cones underneath and this exchanger package in one pressure-stable housing is inserted. This is advantageous in many ways and very good overall further solution has the disadvantage, however, that to disrupt the laminar flow or generating turbulence, d. H. to increase the k factor in Eq. (1), a structure ration of the walls must be provided within the square channels. Because There will be a disturbance of the laminar flow due to recurring inflow processes in the Channel of the heat exchanger is generated by the channel flow over a certain distance short distance in a flat channel according to the conditions of the plate heat exchanger transforms. However, this creates repeated cross-sectional narrowing and widening, those of the entry and exit areas, which are also designed analogously to the plate heat exchanger both material flows are similar, and which generate additional, not inconsiderable pressure drops. In addition, these interruptions in the flow channels through flat plates reduce the Heat exchanger area based on the volume of the heat exchanger.

Die raumsparende Trennung zweier Gruppen von Strömungskanälen, wie sie bei Wärmetau schern erforderlich ist, mittels einer hin- und hergewendeten streifenförmigen Trennfläche, und die dann mit geringerem Aufwand mögliche Abdichtung an den seitlichen Begrenzungen der Strömungskanäle, wird bereits in der PS DE 30 06 988 beschrieben. Mit der dort gewählten Gesamtlösung wird allerdings nur im mittleren Teil des Faltenpaketes das Gegenstromprinzip realisiert. The space-saving separation of two groups of flow channels, as is the case with heat thawing is necessary by means of a back-and-forth strip-shaped separating surface, and the then with less effort possible sealing at the side boundaries of the Flow channels are already described in PS DE 30 06 988. With the one chosen there The overall solution, however, is the countercurrent principle only in the middle part of the pleat package realized.

Zur Abstandshalterung werden bei Wärmetauschern häufig Vorsprünge an den Seitenwänden oder Distanzstücke genutzt (EP 00 55 711), die zusätzliche Strömungswiderstände darstellen. Zudem sind derartige Störungen in Strömungskanälen Orte zusätzlicher Ablagerungen von Verunreinigungen.Projections on the side walls are often used for spacing in heat exchangers or spacers used (EP 00 55 711), which represent additional flow resistances. In addition, such disturbances in flow channels are places of additional deposits of Impurities.

Steht für den Einbau eines Wärmerückgewinners nur ein begrenztes und zudem in der Form vor gegebenes Volumen zur Verfügung, so sind Lösungen mit dem derzeit verfügbaren und breit einge-setzten Kreuzstrom-Plattenwärmetauscher nur begrenzt möglich. Diese sind zwar in bestimmtem Umfang durch Parallel- und/oder Reihenschaltung gegebenen räumlichen Einschränkungen für ihren Einbau anpaßbar. Auch läßt sich durch Reihenschaltung die Rückwärmezahl (der Wirkungsgrad) begrenzt erhöhen. Diese Variabilität ist jedoch bei großen Gruppen von Anwendungen nicht ausreichend, zudem werden die Druckverluste durch solche Schaltungen vergrößert.Is there a limited and also in the form for the installation of a heat recovery given volume available, so are solutions with the currently available and wide The cross-flow plate heat exchanger used is only possible to a limited extent. These are in certain extent given by parallel and / or series connection spatial Adaptable restrictions for their installation. Also can be connected in series Increase the heat recovery rate (the efficiency) to a limited extent. However, this variability is large Groups of applications are not sufficient, in addition, the pressure losses through such Circuits enlarged.

Eine Reduzierung des für Anlagen zur Wärmerückgewinnung bei der Lüftung erforderlichen Volumens ist nicht zuletzt auch aus Kostengründen anzustreben. Der Nachrüstung vorhandener Gebäude mit solchen Anlagen sind oft wegen des Raumbedarfs Grenzen gesetzt. Hohe Anfor derungen werden auch an effiziente dezentrale Anlagen gestellt. Die Verfügbarkeit leistungs fähiger Wärmerückgewinner mit geringem spezifischem Raumbedarf erschließt dabei vorteilhafte Anwendungen. Der Einbau dezentraler Anlagen erfolgt bekanntlich am wirtschaftlichsten unter Nutzung vorhandener Öffnungen in den Wänden von Gebäuden. Das sind vor allem die Fenster bereiche.A reduction in what is required for systems for heat recovery in ventilation Last but not least, volume should also be sought for cost reasons. Retrofitting existing ones Buildings with such systems are often limited due to the space requirements. High demands Changes are also made to efficient decentralized plants. The availability performance capable heat recovery units with low specific space requirements open up advantageous ones Applications. As is generally known, the installation of decentralized systems is most economical under Use existing openings in the walls of buildings. These are primarily the windows areas.

Für den Einbau von Lüftungsanlagen mit und ohne Wärmerückgewinnung liegen eine Reihe von Lösungsvorschlägen vor. So wird in der PS DE 27 18 814 ein Lüftungsgerät mit Wärmetauscher beschrieben, das im oberen Teil an das Fenster angebaut ist und bei dem der Lufteinlaß bzw. der Luftauslaß über eine Kippvorrichtung des Fensters realisiert wird. Diese Lösung erfordert jedoch kompliziertere zusätzliche Anbauten an den Fensterrahmen. Die PS DE 28 50 889 sieht zur Zwangsbelüftung von Räumen die Befestigung bestimmter Vorrichtungen an den Schenkeln des Fensterrahmens vor. Der Einbau einer oder mehrerer Belüftungsanlagen in eine Wand zusammen mit einem Fenster, insbesondere unter einem Fenster, wird in den Schriften DE 29 05 884, DE 43 43 108, DE 195 48 599 und DE 196 10 884 beschrieben. Diese Lösungen sehen eine Temperaturbeeinflussung der Zuluft mit Hilfe eines Wärmetauschers (Heizkörper o. ä.) vor, der auch von einem Kühlmedium durchflossen werden kann. Die PS DE 29 19 682 beschreibt eine Lüftungsvorrichtung im Fensterbereich ohne Wärmerückgewinnung. Die PS DE 44 35 064 sieht die Luftführung durch ein hohles Fensterbrett und die Anordnung eines Wärmerückgewinners unter dem Fensterbrett vor, wobei vom Raum aus sichtbare Luftförderelemente senkrecht an den Fensterrahmenseiten angeordnet werden. Diese Lösung beansprucht ein zusätzliches Volumen des Raumes unter dem Fensterbrett, welches häufig für das Anbringen von Heizungskörpern vorgesehen ist. In der PS DE 195 34 843 wird eine Lüftungsvorrichtung mit Wärmerückgewinner als Einbaumodul in einem Rolladenkasten angeordnet. Als Wärmerückgewinner ist ein quadratischer Plattenwärmetauscher vorgesehen, der im Kreuzstrom betrieben wird und mittig in einem freien Raum des Rolladenkastens angeordnet wird. Bei geöffnetem Rolladen wird die Außenluft über den Rolladenpanzer dem Einbaumodul zugeführt. Bei geschlossenem Rolladen wird diese am unteren Ende des Rolladens angesaugt und zwischen Fenster und Rolladen nach oben zum Wärmerückgewinner geführt. Durch die Führung des Zuluftstromes zwischen Rolladen und Fenster sollen die Transmissionswärmeverluste des Fensterbereiches zurückgewonnen werden. Real führt die Zuluftströmung zu einer zusätzlichen Abkühlung der Fensteraußenfläche und damit zu einer Erhöhung der Transmissionsverluste im Fensterbereich. Zudem wird die wärmedämmende Wirkung des Rolladens aufgehoben.There are a number of for the installation of ventilation systems with and without heat recovery Propose solutions. So is in PS DE 27 18 814 a ventilation device with heat exchanger described, which is attached to the window in the upper part and in which the air inlet or Air outlet is realized via a tilting device of the window. However, this solution requires complicated additional additions to the window frame. The PS DE 28 50 889 provides Forced ventilation of rooms attaching certain devices to the legs of the Window frame in front. The installation of one or more ventilation systems in a wall together with a window, in particular under a window, is described in the documents DE 29 05 884, DE 43 43 108, DE 195 48 599 and DE 196 10 884. These solutions see one Influencing the temperature of the supply air with the help of a heat exchanger (radiator or similar) can also be flowed through by a cooling medium. PS DE 29 19 682 describes one Ventilation device in the window area without heat recovery. The PS DE 44 35 064 sees the air flow through a hollow window sill and the arrangement of a heat recovery unit under the window sill in front, with visible air conveyor elements perpendicular to the room Window frame pages are arranged. This solution takes up an additional volume of Space under the window sill, which is often used for attaching radiators is provided. In PS DE 195 34 843 a ventilation device with heat recovery arranged as a built-in module in a roller shutter box. As a heat recovery is a square plate heat exchanger is provided, which is operated in cross flow and in the middle a free space of the roller shutter box is arranged. When the roller shutter is open, the Outside air is fed to the built-in module via the roller shutter curtain. With the shutters closed it is sucked in at the lower end of the roller shutter and between the window and roller shutter led up to the heat recovery. By guiding the supply air flow between roller shutters and windows, the transmission heat losses of the window area are to be recovered become. The supply air flow actually leads to an additional cooling of the outer window surface and thus an increase in transmission losses in the window area. In addition, the thermal insulation effect of the roller shutter canceled.

Dem erfinderischen Schritt liegt also die Aufgabe zugrunde, Wärmerückgewinner anzugeben, die bei geringem Volumenbedarf, einer gegebenen Anpaßbarkeit an vorgegebene Bauformen, und ausreichendem volumenspezifischem Luftmassenstrom einen hohen Wirkungsgrad sichern, ohne überhöhte Druckverluste aufzuweisen, und damit hochwirksam in zentralen wie auch dezentralen Anlagen einsetzbar sind.The inventive step is therefore based on the task of specifying heat recovery units with low volume requirements, a given adaptability to given designs, and sufficient volume-specific air mass flow to ensure high efficiency without To show excessive pressure losses, and thus highly effective in both central and decentralized Systems can be used.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Gegenstrom-Wärmetauscheranordnung gelöst, deren Trennplatten (Wärmeübertragungsflächen) im einfachsten Realisierungsfall in einer Schnitt ebene senkrecht zur Längsrichtung des Wärmerückgewinners (Richtung des Druckgradienten) sägezahnförmige Struktur besitzen, wobei die "Zähne" im einfachsten Realisierungsfall gleich schenklige rechtwinklige Dreiecke bilden und die Trennplattenmittellinie die Zahnflanken (Schenkel der Dreiecke) halbiert (Fig. 1). So längs der Strömungsrichtung strukturierte Trenn platten bilden durch Übereinanderlegen an den "Sägezahnspitzen" hochkant zur Trennplatten ebene liegende Strömungskanäle quadratischen Querschnitts, wobei jeweils benachbarte Kanäle in Gegenrichtung durchströmt werden. Das Volumen des Wärmetauschers ist damit dicht mit Kanälen annähernd quadratischen Querschnitts ausgefüllt (Fig. 2). In Abhängigkeit von den Kanal abmessungen wird dabei praktisch die gleiche Wärmetauscherfläche pro Volumen realisiert wie bei dem oben betrachteten Kanalwärmetauscher.According to the invention, this object is achieved by a countercurrent heat exchanger arrangement, the separating plates (heat transfer surfaces) of which, in the simplest implementation, have a sawtooth-shaped structure in a section plane perpendicular to the longitudinal direction of the heat recovery unit (direction of the pressure gradient), the "teeth" forming equal-sided right-angled triangles in the simplest implementation and the dividing plate center line bisects the tooth flanks (legs of the triangles) ( FIG. 1). So along the flow direction structured dividing plates form by superimposing on the "sawtooth tips" upright to the separating plates lying flat flow channels of square cross-section, each flow through adjacent channels in the opposite direction. The volume of the heat exchanger is thus tightly filled with channels of approximately square cross section ( FIG. 2). Depending on the duct dimensions, practically the same heat exchanger area per volume is realized as in the duct heat exchanger considered above.

Entscheidendes Element der hier zu beschreibenden Lösung ist eine definierte Schrägstellung der sägezähnförmigen Strukturierung der Trennplatten gegenüber der Längsrichtung (Richtung des Druckgradienten) des Wärmerückgewinners derart, daß die diese Strukturierung bestimmenden Kanten bei einer gegebenen Trennplatte um einen vorgegebenen Winkel (ϕ ≠ 0° gegen die Längsrichtung gedreht ist und bei der über dieser und der unter dieser angeordneten Trennplatte um den Winkel -ϕ ≠ 0° gegen die gleiche Längsrichtung (Fig. 3). Durch diese Anordnung säge zahnförmig strukturierter Trennplatten, deren beschriebene Strukturierung alternierend um einen Winkel ϕ und -ϕ gegen die Längsrichtung des Wärmerückgewinners ausgerichtet ist, wird offensichtlich die verfügbare Wärmtauscherfläche gegenüber einer Anordnung mit nicht schräg gestellter Strukturierung nicht geändert. Diese Schrägstellung der Strukturierung bewirkt jedoch eine qualitative Änderung der Strömung in den Kanälen. Die Strömung in Längsrichtung des Wärmetauschers, also in Richtung des Druckgefälles, wird überlagert von einer Rotations strömung um diese Längsrichtung. Denn durch die bezüglich der Längsrichtung hinsichtlich des Betrages gleiche, aber in die entgegengesetzte Richtung erfolgte Schrägstellung der Struk turierung aufeinanderfolgender Trennplatten wird die Strömung symmetrisch bezüglich der Auflageebene aufeinanderfolgender Trennplatten senkrecht zur Hauptströmungsrichtung in entgegengesetzte Richtungen abgelenkt (Fig. 4). Im Ergebnis wird die ohne diese Schrägstellung bei ausreichend kleinen Strömungsgeschwindigkeiten laminare Strömung von einer Rotations strömung überlagert. Diese Rotationsströmung ist aufgrund der Struktur der Trennflächen keine regelmäßige. Im Ergebnis liegt aber keine laminare Strömung mehr vor (Fig. 5). Die angestrebte Vergrößerung des k-Wertes durch Störung der laminaren Strömung wird mit der erfindungsgemäßen Lösung ohne zusätzliche und wiederholte stärkere Änderungen von Strömungsquerschnitten und damit ohne überhöhte Druckverluste erreicht.The decisive element of the solution to be described here is a defined inclination of the sawtooth-shaped structuring of the separating plates with respect to the longitudinal direction (direction of the pressure gradient) of the heat recovery device in such a way that the edges determining this structuring for a given separating plate are at a predetermined angle (ϕ ≠ 0 ° in relation to the longitudinal direction is rotated and in the case of the separating plate arranged above and below it by the angle -≠ ≠ 0 ° against the same longitudinal direction ( FIG. 3) is oriented against the longitudinal direction of the heat recuperator, the available heat exchanger surface is obviously not changed compared to an arrangement with non-inclined structuring, but this inclination of the structuring causes a qualitative change in the flow in The flow in the longitudinal direction of the heat exchanger, ie in the direction of the pressure gradient, is superimposed by a rotational flow around this longitudinal direction. Because by the same in the longitudinal direction with respect to the amount, but in the opposite direction, the structure of successive separating plates is inclined, the flow is deflected symmetrically with respect to the support plane of successive separating plates perpendicular to the main flow direction in opposite directions ( FIG. 4). As a result, the laminar flow without this inclination at sufficiently low flow speeds is superimposed by a rotary flow. This rotational flow is not a regular one due to the structure of the separating surfaces. As a result, however, there is no longer a laminar flow ( FIG. 5). The desired increase in the k value by disturbing the laminar flow is achieved with the solution according to the invention without additional and repeated major changes in flow cross sections and thus without excessive pressure losses.

Die Schrägstellung der (halb-)kanalförmigen Struktur der Trennplatten führt erfindungsgemäß zur Lösung eines weiteren konstruktiven Problems bei Wärmerückgewinnern, nämlich zur Sicherung einer druckstabilen gegenseitigen Abstützung der Trennplatten ohne jegliche zusätzliche Abstandshalterungen (Fig. 6).According to the invention, the inclination of the (semi-) channel-shaped structure of the separating plates leads to the solution of a further constructive problem in heat recoverers, namely to ensure pressure-stable mutual support of the separating plates without any additional spacers ( FIG. 6).

Zur besseren Aufnahme dieses Auflagedruckes, aber auch zur gezielten Beeinflussung der Strö mungsverhältnisse, wird bei einer weiteren Ausführungsform der Trennplatten die durch aneinan dergereihte rechtwinklige Dreiecke darstellbare sägezahnförmige Struktur durch eine solche ersetzt, bei der die Spitzen der "Sägezähne" zu beiden Seiten der Trennplattenmitte abgeflacht sind, die Struktur also aus aneinandergereihten Trapezstümpfen bestehend beschrieben werden kann (Fig. 7). Bei weiteren Ausführungsformen ist die Form der Strukturierung der Trennplatten nicht durch eine Grundstruktur auf der Basis rechtwinkliger Dreiecke bestimmt (siehe Fig. 8). Vielmehr wird bei weiteren Ausführungsformen die trapezförmige Struktur durch eine Grund struktur auf der Basis von Dreiecken mit einem spitzen Winkel α < 90° bestimmt (Fig. 8). Im Grenzfall α → 0 und unendlich großer Schenkellängen dieser fiktiven Dreiecke geht diese Struktur in eine Rechteckstruktur über (Fig. 9). Eine solche rechtwinklige, mäanderförmige Strukturierung erzeugt in einer Schnittebene, in der die Struktur zweier übereinanderliegender Trennwände nicht gegeneinander verschoben ist, Kanäle rechteckiger, vorzugsweise quadratischer Form. In einer weiteren Ausführungsform erfolgt die Strukturierung der Trennwände wellblech förmig (Fig. 10).To better absorb this contact pressure, but also to influence the flow conditions in a targeted manner, in a further embodiment of the separating plates, the sawtooth-shaped structure which can be represented by a row of right-angled triangles is replaced by one in which the tips of the "saw teeth" flattened on both sides of the middle of the separating plate are, the structure can therefore be described consisting of strings stumped together ( Fig. 7). In further embodiments, the shape of the structuring of the partition plates is not determined by a basic structure based on right-angled triangles (see FIG. 8). Rather, in further embodiments, the trapezoidal structure is determined by a basic structure based on triangles with an acute angle α <90 ° ( FIG. 8). In the limit case α → 0 and infinitely large leg lengths of these fictitious triangles, this structure changes into a rectangular structure ( FIG. 9). Such a right-angled, meandering structuring creates channels of rectangular, preferably square, shape in a sectional plane in which the structure of two superposed partitions is not shifted relative to one another. In a further embodiment, the structuring of the partition walls takes place in the form of a corrugated sheet ( FIG. 10).

Bei anderen Ausführungsformen aller vorstehend beschriebenen Trennplatten läuft die Struk turierung der Trennplatten nicht in der Mittelebene der Strukturierung aus, sondern in einer beliebigen Ebene der Strukturen, beispielsweise an der unteren bzw. oberen Begrenzung derselben.In other embodiments of all the partition plates described above, the structure runs The dividing plates are not structured in the middle plane of the structuring, but in one any level of the structures, for example at the lower or upper limit the same.

Die Zu- und Abfuhr von Frischluft und Abluft erfolgt bei dem hier beschriebenen Wärme rückgewinner nach dem vom Kreuzstrom-Plattenwärmeübertrager gut bekannten Prinzip. Das Paket strukturierter Trennplatten wird dazu in einen aufgeschnittenen und entsprechend diesem Paket aufgebauten Plattenwärmeübertrager eingefügt, die Zufuhr und Abfuhr zu den Strömungs kanalebenen erfolgt nach dem bekannten Prinzip des Plattenwärmeübertragers (Fig. 11). Die erfindungsgemäße Lösung für einen Wärmerückgewinner ist also nicht würfelförmig, wie es die Kreuzstrom-Plattenwärmerückgewinner in der Regel sind, sondern haben die Form eines lang gestreckten Quaders, und sind damit in der Form den Anwendungsbedingungen gut anpaßbar. Im Grenzfall einer gegen Null gehenden Amplitude der Plattenstrukturierung "entarten" diese Wärmetauschertrennflächen zur glatten Platte. In diesem Fall werden die Abstände zwischen den Platten durch distanzsichernde Nuten in den seitlichen Abdeckungen gewährleistet.The supply and removal of fresh air and exhaust air takes place in the heat recuperator described here according to the principle well known from the cross-flow plate heat exchanger. The package of structured separating plates is inserted into a cut and constructed according to this package plate heat exchanger, the supply and discharge to the flow channel levels takes place according to the known principle of the plate heat exchanger ( Fig. 11). The solution according to the invention for a heat recovery device is therefore not cube-shaped, as is usually the case with cross-flow plate heat recovery devices, but rather has the shape of an elongated cuboid, and the shape is therefore easily adaptable to the application conditions. In the borderline case of an almost zero amplitude of the plate structuring, these heat exchanger separating surfaces "degenerate" into a smooth plate. In this case, the distances between the plates are guaranteed by distance-securing grooves in the side covers.

Die erfindungsgemäße Lösung für einen hocheffektiven Wärmerückgewinner ist breit einsetzbar, insbesondere in allen Fällen der Anwendung bislang verfügbarer Wärmerückgewinner. Wegen des geringen Raumbedarfs und der langgestreckten Bauform erfolgt eine vorteilhafte Anwendung der erfindungsgemäßen Wärmerückgewinner auch bei dezentralen Anlagen. Für den wirtschaftlich vorteilhaften Einbau von Wärmerückgewinnungsanlagen im Bereich vorhandener Öffnungen in Mauerwerken kommen vor allem die Fensterbereiche infrage.The solution according to the invention for a highly effective heat recovery device can be used widely, especially in all cases of the use of previously available heat recovery systems. Because of the low space requirement and the elongated construction form an advantageous application of the Heat recovery device according to the invention also in decentralized systems. For the economical advantageous installation of heat recovery systems in the area of existing openings in Masonry is particularly suitable for the window areas.

Erfindungsgemäß wird dazu die Wärmerückgewinnungsanlage, bestehend aus einem Wärme rückgewinner 1, zwei Gebläsen 2, entsprechenden Filtern 3, einer Kondensatauffangvorichtung, einer Regeleinrichtung, Zuluftkanälen 4, Abluftluftkanälen 5, sowie Kanälen bzw. Öffnungen für die Außenluftzufuhr 6 und die Fortluftableitung 7, in einem Einbaugehäuse angeordnet (Fig. 12). Diese erfindungsgemäße Wärmerückgewinnungsanlage 8 wird in einer vorteilhaften Ausfüh rungsform mit dem Einbaugehäuse in einem vergrößerten Fensterbrett bzw. unter diesem angebracht (Fig. 13, 14). Diese füllt wegen der langgestreckten Form des Turbulenz wärmerückgewinners die gesamte Länge des durch Vergrößerung der Fensterbank gewonnenen Volumens aus. Die Frischluftansaugung erfolgt über eine schlitzförmige Öffnung an der Außenseite des vergrößerten Fensterbrettes. Die Abluft wird über Hohlräume im darüberliegenden Fensterrahmen zum oberen Bereich des Fensterrahmens geführt und dort über entsprechende Austrittsdüsen nach außen abgeleitet. Die Kondensatableitung wird über Kanäle im Fensterbrett nach außen realisiert. Raumluft wird über ein Spaltsystem zwischen Fensterbrett und unterem Fensterrahmenbereich angesaugt, die Frischluft wird unter dem Fensterbrett in den Raum abgegeben. Bei anderen Ausgestaltungen dieser erfindungsgemäßen Lösung erfolgt die Ableitung der Abluft über entsprechende Öffnungen an der Fensterbrettrückseite bzw. über Hohlraumprofile, die an den Außenseiten der senkrechten Schenkel des Fensterrahmens angebracht sind. Die Funktion dieser Hohlraumprofile können auch Rolladenlaufschienen übernehmen, soweit diese entsprechende Hohlräume aufweisen.According to the invention, the heat recovery system, consisting of a heat recuperator 1 , two fans 2 , corresponding filters 3 , a condensate trap, a control device, supply air ducts 4 , exhaust air ducts 5 , and ducts or openings for the outside air supply 6 and the exhaust air discharge 7 , in an installation housing arranged ( Fig. 12). This heat recovery system 8 according to the invention is mounted in an advantageous embodiment with the installation housing in an enlarged window sill or below it ( FIGS. 13, 14). Due to the elongated shape of the turbulence heat recovery, this fills the entire length of the volume obtained by enlarging the window sill. Fresh air is drawn in through a slit-shaped opening on the outside of the enlarged window sill. The exhaust air is led through cavities in the window frame above to the upper area of the window frame and there is discharged to the outside via appropriate outlet nozzles. Condensate drainage is implemented via channels in the window sill to the outside. Room air is drawn in via a gap system between the window sill and the lower window frame area, the fresh air is released into the room under the window sill. In other configurations of this solution according to the invention, the discharge of the exhaust air takes place via corresponding openings on the rear of the window sill or via cavity profiles which are attached to the outer sides of the vertical legs of the window frame. Roller shutter tracks can also take over the function of these cavity profiles, provided that they have corresponding cavities.

In einer anderen Ausführung der erfindungsgemäßen Lösung wird die Wärmerückgewinnungsan lage 8 mit Einbaugehäuse am oberen wagerechten Teil des Fensterrahmens angeordnet (Fig. 15). Die Abluft wird über verschließbare Öffnungen im oberen Bereich des Fensterrahmens nach außen geleitet. Die Frischluft wird über Hohlraumkanäle der darunter liegenden senkrechten Holme des Fensterrahmens angesaugt, die im unteren Drittel über hierzu geeignete, mit einer Schutzvorrichtung gegen unerwünschte Staubzufuhr versehene Öffnungen verfügen. Die Kon densatableitung erfolgt über entsprechende, hinter dem Wärmerückgewinner durch den Fensterrahmen nach draußen führende Kanäle. Raumluftansaugung und Zufuhr der Frischluft in den Raum erfolgen in Höhe des Wärmerückgewinners über in entgegengesetzte Raumrichtungen weisende Öffnungen. Eine weitere Ausgestaltung dieser erfindungsgemäßen Lösung sieht die Frischluftansaugung über Hohlraumprofile, vorzugsweise aus Kunststoff, vor, die an den Außenseiten der senkrechten Schenkel des Fensterrahmens angebracht sind und vom Gehäuse der Wärmerückgewinnungsanlage bis zur Höhe des Fensterbrettes reichen (Fig. 16). Im unteren Drittel weisen diese Hohlraumprofile nach außen hin entsprechende Öffnungen 9 auf, durch die die Frischluft angesaugt wird. In einer speziellen Ausgestaltung werden die Hohlräume von Rolladen laufschienen für den Luftausgang genutzt, wobei auch hier im unteren Drittel Öffnungen für den Luftausgang vorgesehen sind. Die Kondensatableitung kann durch einen getrennten Kanal über das Hohlraumprofil bzw. die Rolladenlaufschiene erfolgen.In another embodiment of the solution according to the invention, the heat recovery system 8 is arranged with a built-in housing on the upper horizontal part of the window frame ( FIG. 15). The exhaust air is directed outside via closable openings in the upper area of the window frame. The fresh air is drawn in through the hollow ducts of the vertical uprights of the window frame underneath, which have openings in the lower third that are suitable for this purpose and are provided with a protective device against unwanted dust supply. The condensate drainage takes place via appropriate channels leading outwards through the window frame behind the heat recovery unit. Room air intake and supply of fresh air into the room take place at the level of the heat recovery via openings pointing in opposite directions in the room. Another embodiment of this solution according to the invention provides fresh air intake via cavity profiles, preferably made of plastic, which are attached to the outside of the vertical legs of the window frame and extend from the housing of the heat recovery system to the height of the window sill ( Fig. 16). In the lower third, these cavity profiles have corresponding openings 9 to the outside through which the fresh air is drawn in. In a special embodiment, the cavities of roller shutter tracks are used for the air outlet, with openings being provided for the air outlet in the lower third. The condensate drainage can take place through a separate channel via the cavity profile or the roller shutter track.

Eine andere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung sieht den Einbau der Wärmerück gewinnungsanlage 8 mit Einbaugehäuse im freien Volumen eines Rolladenkastens vor (Fig. 17). Auch hier werden für die Zu- und Ableitung der Frischluft und der Raumluft in geeigneter Weise freie Hohlräume im darunter liegenden Fensterrahmen bzw. an den senkrechten Holmen des Fensterrahmens befestigte Hohlraumprofile oder Rolladenlaufschienen genutzt. Gleiches gilt für die Kondensatableitung zum Gebäudeäußeren.Another embodiment of the solution according to the invention provides for the installation of the heat recovery system 8 with a built-in housing in the free volume of a roller shutter box ( FIG. 17). Here, too, free cavities in the window frame underneath or cavity profiles or roller shutter tracks fastened to the vertical bars of the window frame are used in a suitable manner for the supply and discharge of the fresh air and the ambient air. The same applies to the condensate drain to the outside of the building.

Weitere Gestaltungen der erfindungsgemäßen für den Einbau der Wärmerückgewinnungsanlage in einem vergrößerten Fensterbrett, am oberen waagerechten Teil des Fensterrahmens oder in einem Rolladenkasten sehen eine Vertauschung von Frischluftzufuhr und Fortluftableitung über die vorstehend beschriebenen Kanäle bzw. Öffnungen zum Gebäudeäußeren vor.Further designs of the invention for the installation of the heat recovery system in an enlarged window sill, on the upper horizontal part of the window frame or in one Roller shutter boxes see a swap of fresh air supply and exhaust air discharge via the channels or openings described above for the exterior of the building.

Claims

1. Heat exchanger made of metal (sheet steel, aluminum sheet, surface-tempered sheet metal or the like) or plastic, consisting of individual stacked separating plates with a profile or a corresponding profile that is s-shaped folded over each other perpendicular to the direction of flow, characterized in that the profile in the cutting plane is vertical to the flow direction is sawtooth-shaped, with the uniform, directly lined up teeth having the same flank lengths, these flanks at the tooth tips are perpendicular to each other and the center line of the profile plane halves the length of the tooth flanks, the profile therefore has the shape of lined up right-angled isosceles triangles, the hypothenes of which form the profile plate center line and which are arranged alternately on both sides of the center line, the channels generated by these profiles for the separating plates lying one above the other alternately each have a fixed angle ϕ and -ϕ form with the flow direction of the heat exchanger, thus the same flow cross-section is available in the flow direction over the entire length of the heat exchanger, due to the inclined position of the flow channels in successive plates in addition to the flow in the longitudinal direction (direction of the pressure gradient) cross flows are generated, which are directed symmetrically to the support plane of successive profile plates, and thus a rotary flow is formed in the individual flow channel areas around the (longitudinal) flow axis, a laminar flow does not develop and therefore an improvement in the heat transfer from the medium, primarily air, is reached on the profile plate or from the plate to the medium.

2. Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the sawtooth Profile, consisting of lined up isosceles, right-angled, alternating to triangles lying on both sides of the profile plate center line, the tips of these triangles are flattened (or rounded), i.e. the profile consists of truncated cones that can be alternated to both sides of the profile plate center at the same height are arranged.

3. Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the shape of the profile characteristic triangles, the angle determining this is different from 90 ° and this Triangles are not isosceles.

4. Heat exchanger according to claim 1 to 3, characterized in that the profile is a wavy or has any other shape and free areas of equal size (flow cross-sections) be secured between the individual profile plates.

5. Heat exchanger according to claim 1 to 4, characterized in that the profiles of the separator plates to the side and front edges in any with respect to the partition plate structure Lying flat plate, especially at the lower or upper end of the Structure can lie.

6. Heat exchanger according to claim 1 to 5, characterized in that the alternating under different inclination of the profiles of successive, overlapping partition plates is used for the pressure-stable support of the plates against each other.

7. Heat exchanger according to claim 1 to 5, characterized in that the profiles of the separator slabs towards the end faces of the latter in flat slabs lying in the profile plate center line leakage that taper in the longitudinal direction, a blunt, right or in the tip form acute angles and thus a distribution of the material flows over two in opposite Flow planes flow through directions in analogy to the cross-flow heat exchanger is realized.

8. Heat exchanger according to claim 1 to 6, alternative to claim 7, characterized in that the profile separating plates end bluntly and / or on the sides of the heat exchanger end Intermediate plate spaces are mutually connected with flow channels.

9. counterflow heat exchanger according to claim 1 to 8, characterized in that this one in Flow direction elongated shape and thus a high adaptability have specified or available installation volumes.

10. Counterflow heat exchanger according to claim 9, characterized in that the shape of the Separating plates in the limit case of vanishingly small profile amplitudes, d. H. in flat plates pass over, and the spacer between the plates by grooves or spacers the side covers of the heat exchanger is guaranteed.

11. Room ventilation unit with heat recovery system, consisting of a heat exchanger according to claims 1 to 10, at least one fan, corresponding filters and a condensate Collecting device, characterized in that this ventilation device under the window sill a window is arranged or integrated into an enlarged window sill.

12. Room ventilation unit with heat recovery system according to claim 11, characterized records that the exhaust air from the exhaust-side outlet of the ventilation device via cavities in above the window frame is led to the upper window area and over there corresponding openings are derived to the outside.

13. Room ventilation unit with heat recovery system according to claim 11, characterized records that the exhaust air from the exhaust side outlet of the ventilation unit via cavity profiles or the cavities of roller shutter tracks, attached to the outside of the vertical Leg of the window frame, is led to the upper window area and over there correspond appropriate openings to the outside.

14. Room ventilation unit with heat recovery system according to claim 11 to 13, characterized characterized in that the intake of fresh air through openings on the outside of the window boards or the enlarged window sill, the intake of room air via a gap system between the window sill and the lower window frame or in the lower window frame area and the Fresh air is released into the room through a gap system under the window sill.

15. Room ventilation unit with heat recovery system according to claim 11 to 14, characterized characterized in that the condensate drainage from the heat recovery unit via a Collection device and suitable channels to the outside.

16. Room ventilation unit with heat recovery system consisting of a heat exchanger according to claims 1 to 10, at least one fan, corresponding filters and a condensate Collecting device, characterized in that this ventilation device on the upper horizontal Part of the window frame is arranged, the exhaust air discharge via closable openings the outside of the ventilation unit or through openings in the upper area of the window frame takes place and the room air intake, as well as the fresh air supply from or into the room corresponding openings on the room side, pointing in opposite directions, or over Distribution channels on the ventilation unit is realized.

17. Room ventilation unit with heat recovery system according to claim 16, characterized records that the fresh air intake via cavity profiles or the cavities of shutters rails, attached to the outside of the vertical legs of the window frame, takes place in the lower third of the window area with appropriate dust filters Openings.

18. Room ventilation unit with heat recovery system according to claim 16 and 17, characterized characterized in that the condensate drainage from the heat recovery unit via a Collecting device and suitable channels directly or via the vertical ones below Leg of the window frame or cavity attached to the vertical window legs profiles or via cavities in roller shutter tracks to the outside.

19. Room ventilation unit with heat recovery system consisting of a heat exchanger according to claims 1 to 10, at least one fan, corresponding filters and a condensate collecting device, characterized in that this ventilation device in the roller shutter box Window is arranged, the exhaust air through closable openings on the outside of the Roller shutter box or directed to the outside via openings in the upper area of the window frame and the room air intake, as well as the fresh air supply into the room, via appropriate openings on the room side, pointing in opposite directions, on the roller shutter box or above appropriate distribution channels is realized.

20. Room ventilation unit with heat recovery system according to claim 19, characterized records that the fresh air intake via cavity profiles or the cavities of shutters rails, attached to the outside of the vertical legs of the window frame, takes place in the lower third of the window area with appropriate dust filters Openings.

21. Room ventilation unit with heat recovery system according to claim 19 and 20, characterized characterized in that the condensate drainage from the heat recovery unit via a Collecting device and suitable channels directly or via the vertical ones below Leg of the window frame or cavity attached to the vertical window legs profiles or via cavities in roller shutter tracks to the outside.

22. Room ventilation device according to claim 12 to 21, characterized in that the channels or Openings for the fresh air supply and the exhaust air discharge are interchanged.