Als Wärmeübergangswände bei Wärmetauschern sind bisher be¬ kannt profilierte oder unprofilierte, ebenflächige Struktur-

' en oder glatte oder profilierte, geradeverlaufende Rohre. Im Falle der rohrförmigen Wärmetauscher z.B. bei Anwendung

/Cr in einem Heizkessel wird das Heizgas in der Regel in den Roh¬ ren geführt und das Wasser im Quer- oder Gegenstrom dazu aus- serhalb der Rohre vorbeigeführt. Bei einer solchen Konstruk-

20 tion sind die die Wärmeübertragung fördernden Turbulenzen im außerhalb der Rohre geführten Wärmetransportfluid nicht op- ££ _> timal , welches in einer nicht optimierten Kompaktheit bzw. nicht optimierten Materialökonomie des Gerätes resultiert. Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erwärmen eines Wärmetransportfluides, bei der ein Wärmelieferfluid und ein Wärmetransportfluid unter Gegenstrom oder Querstrom zuei- "lζ ^~ nander einen Wärmetauscher mit für das Lieferfluid und das Transportfluid getrennten Fluidströmungsräumen durchströmen. Das besondere, neuartige Merkmal des erfindungsgemäßen

HO Wärmetauschers ist, daß die zwei voneinander getrennten Fluidströmungsräume sich gegenseitig, intensiv durchdringen, ^i> wobei in dieser Erfindung eine o p t i m a l e W ä r m e- ü b e r g a n g s f l ä c h e, die physikalisch ideale Betriebsmöglichkeit des G e g e n s t r o m e s der O

Fluide und eine optimale Fluidturbulierung in b e i d e n Fluidströmungsräumen bei minimiertem Druckverlust realisiert C^Tist, woraus insgesamt eine für ein Gegenstromgerät optimale Kompaktheit und somit eine g e r i n g e B a u g r ö ß e resultiert.

Die in dieser Patentanmeldung vorgestellte Erfindung ist eine bionische. Das heißt, das zu dieser Erfindung in der Natur geschaffene Vorbild ist in der Evolution des Lebenden funktionsmäßig und materialökonomisch optimiert worden.

Bei meiner ersten bionischen, wärmetechnischen Erfindung, welche am 11.12.95 zum Patent angemeldet wurde, diente die

20

Struktur des gasturbulierenden Lungenalveolarganges zum Vorbild ("Erfindung L").

2$~Für die in dieser Patentanmeldung vorgestellte Erfindung dienten das System der wärmetauschenden Arterien und Venen in den Füßen der Möve ("Erfindung M"). die helicalen Strukturen der DNA und die Struktur der winterlichen Vegetationsdecke atlantischen Hochmoores als Vorbilder.

7^ Im Adersystem des Mövenfußes umlagern sich die weitver¬ zweigten Arterien und Venen so eng und intensiv, daß die Wärme, die mit dem arteriellen Blut in den Fuß strömt, fast

H° vollständig in den kalten Strom des venösen Blutes übergeht, also zum mit Federn isolierten Körper zurückkehrt. ty$ ^" Das abgekühlte, arterielle Blut transportiert den Sauerstoff in den Zehenbereich des Mövenfußes und wird immer noch auf einer minimalen Temperatur gehalten, sodaß die Zehen der Möve nicht absterben. Das hocheffiziente Wärmetauschersystem des Mövenfußes ist ζ ^~ STder Grund, warum Möven stundenlang im eiskalten Wasser ste¬ hen können, ohne auszukühlen.

Wenn der hier vorgestellte Gegenstand als Wärmetauscher zwischen einer Flüssigkeit und einem Gas angewendet wird, IQ dann kann man die "Erfindung L" mit der "Erfindung M" kom¬ binieren und zwar gasseitig bei "Erfindung M" integrieren. Das ist sinnvoll, weil Gas in der Regel eine geringere

/S ^"

Wärmekapazität als die zur Anwendung kommende Flüssigkeit besitzt und weil wegen der geringeren Wechselwirkungen der

7 _. 0 Gastei lchen untereinander sich im Gas schnell heterogene Bewegungszonen also auch stillstehend periphere, wärmeiso¬ lierende Gasschichten bilden. Solche peripheren Gasschich- ten werden konstruktionsbedingt durch periodisch auftretende Turbulenzimpulse permanent im Gegenstand der "Erfindung L"

7)0 durchbrochen und verwirbelt.

In der hier vorgestellten W ä r m e t a u s c h e r - τζ ^~ E r f i n d u n g weist ein aus mindestens zwei bevorzugt aber sieben Rohren bzw. Schläuchen bestehendes Rohr- bzw Schlauchbündel helixartige Windungen um die Längsachse auf, sodaß eine doppel-, tripel- oder mehrfach-helixartige Struk¬ tur vorliegt. tfζ ^~ I n einem solchen Rohr- bzw. Schlauchbündel besitzt das ein¬ zelne Rohr bzw. der einzelne Schlauch eine helicale Struktur. Bei Ausführung des Bündels mit sieben Rohren bzw. Schläuchen ist natürlich das innenliegende Rohr bzw. Schlauch idealerwei¬ se nicht helical gewunden. Trotzdem kann auch das innenlie- ^gende Rohr bzw. Schlauch mit weniger stark helicaler Windung als die außenliegenden Rohre bzw. Schläuche des Bündels aus¬ geführt und bevorzugt im Durchmesser kleiner sein.

rDie Abstände der Rohre werden durch die Abstandhalter reguliert, die mit entsprechender Größe auf dem innenliegenden Rohr bzw. (0 Schlauch angebracht sind.

Sind zwei Rohre bzw. Schläuche umeinander verdreht ("vertwi- 1^ sted"), sprechen wir von einer doppelhelixartigen Struktur und entsprechend bei drei Rohren bzw. Schläuchen von einer tripel- helixartigen Struktur.

20

Die helixartige Windung der Rohre bzw. Schläuche beträgt auf spezifischer Länge also auf der Länge von 1 m (einem

2S meter) bevorzugt 20 bis 360 Grad (zweinull bis dreisechsnul1) . Die helixartige Windung der Rohre bzw. Schläuche eines Rohr¬ bzw. Schlauchbündels kann linksdrehend oder rechtsdrehend sein. Der Durchmesser der Rohre bzw. Schläuche beträgt im Durch-

* £ ^~ messer bevorzugt je nach Kapazität des Gerätes zehn bis fünf¬ zig Millimeter. Die Wandstärke der Wärmeübgangswände d.h. also der Rohr- bzw. Schlauchwände beträgt bevorzugt

HO

0.4 - 1 mm (null punkt vier bis ein Millimeter). Die Rohre bzw. Schläuche können aus Kunststoff oder Metall Y^ ^" oder anderem Werkstoff bestehen. Die anderen Teile des erfindungsgemäßen Wärmetauschers können aus Metall, Kunst¬ stoff oder Keramik oder anderem Werkstoff bestehen.

SV

Die einzelnen Rohre bzw. Schläuche eines Rohr- bzw. Schlauch¬ bündels weisen in regelmäßigen, längenmäßigen Abständen _ι 5$ ^~ Abstandhalter auf, welche stab- oder ringförmig ausgebildet sein können und die Rohre bzw. Schläuche seitlich auf Abstand halten.

Bei flexiblem Schlauchmaterial kann die seitliche Abstandhal¬ tung auch durch rundumlaufende A u s buchtungen erzeugt wer- j Q den, welche durch Pressung bei Wärmebehandlung erzeugt werden.

Der bevorzugte Abstand der Rohre bzw. Schläuche eines Bündels _ bzw. der Bündel untereinander beträgt je nach Kapazität des Wärmetauschers vier bis dreißig Millimeter.

Kurzer Einschub zwecks Definition des Sprachgebrauches:

20

- wenn ein Fluid innerhalb des Rohr- bzw. Schlauchbündels geführt wird, dann sprechen wir von dem innengeführten

2iT Fluid,

- wenn ein Fluid außerhalb des Rohr- bzw. Schlauchbündels geführt wird, dann sprechen wir von dem außengeführten Fluid.

Nicht jedes Rohr bzw. Schlauch muß Abstandhalter tragen, sondern unter direkt benachbarten Rohren bzw. Schläuchen im¬ mer nur eines bzw. einer.

Y^} Wenn also die Abstandhalter sparsam über das Rohr- bzw.

Schlauchbündel verteilt werden, ist bei dieser Konstruktion der aufgebaute Fluidwiderstand also der Druckverlust mini- miert. Denn die gewünschten, optimalen Turbulenzen im außen¬ geführten Fluid sind ohnehin vorhanden (siehe unten) . Ein ζ ^~ 0 Zuviel des Guten, also ein Zuviel an Turbulenz führt zu

Druckverlust und somit zu einer Verringerung des Energieein¬ sparungseffektes, weil dann für den Transport des Fluides

£S- zusätzliche elektrische Energie in das System gesteckt wer¬ den muß .

5 Bestehen die helixartig gewundenen Rohr- bzw. Schlauchbündel aus wenig flexiblem Werkstoff wie Metall oder Hart-Kunststoff dann können die Abstandhalter noch sparsamer eingesetzt oder

10 ganz weggelassen werden, weil in solchen Fällen der Verlauf der helixartig gewundenen Metall- bzw. Kunstoffröhre durch (S die endständige Befestigung bzw. stabilisierende Umlenkungen gegeben ist. Wegen der gewundenen, helixartigen Sruktur besitzen die Roh-

10 re eine große Elastizität und Ausdehnungsfähigkeit, um die thermische Längenänderung aufzufangen, die besonders bei der

2J^ ^~ Anwendung in Heizkesseln zu beobachten ist. Die Elastizität des Wärmetauschers wird natürlich noch größer, wenn die Wärme¬ tauscher-Rohrbündel Umlenkungen aufweisen. Diese Umlenkungen haben bevorzugt 90 Grad oder 180 Grad. Die Rohr- bzw. Schlauchbündel können auch Umlenkungen erfah-

'lζ ^~ ren, indem diese Bündel jeweils einzeln selbst noch einmal helixartig aufgewickelt sind. Wir sprechen dann von einer solenoiden, superhelixartigen Struktur. Es können sogar meh-

HO rere Rohr- bzw. bevorzugterweise Schlauchbündel helixartig umeineinder gewunden sein, was wir dann als Doppel-, Tripel-,

^ζ~ Mehrfach-Super-helix bezeichnen können.

Besonders bei einer Mehrfach-Superhelix der Rohr- bzw. der Schlauchbündel für die Anwendung z.B. zum Gas-Gas-Wärmeaus- tausch wird eine maximale Durchdringung der beiden voneinan¬ der getrennten Fluidströmungsräume nämlich der des außenge-

£5 ^" führten und der des innengeführten (Def. s. oben) erreicht, auch für die Geräte größerer Kapazität, die große Fluidvo- lumina umsetzen sollen.

5 ^"

An dieser Stelle können wir einen Vergleich mit der elasti¬ schen Doppelhelix der DNA anstellen, deren Elasitizität sich ήQ in der chromosomalen Struktur durch weitere helicale Verwin- dung zur Superhelix und zwar durch auf tragende Histonpro- teine gemachte Aufwicklung zur Super-Helix erhöht, wobei gleichzeitig die perlenartige Aneinanderreihung von Super-

Helix-Bereichen die optimale Kompaktheit des Chromosoms

20 geschaffen wird.

(Einschub zur Chromosomen-Struktur:

Die Kette der oben beschriebenen Super-Helix-Bereiche ist

2b ^" wiederum zu plektonemischen Super-Super-Helix-Schleifen ge¬ wunden, derer an der Zahl sechs kreisförmig angeordnet eine

^T jO Rosette bilden, wobei letztere dann zur Spirale angeordnet den Phänotyp des Chromatids ergeben, und schließlich zwei Chromatide ein Chromosom bilden.

Zum bildhaften Vergleich: wenn das Telefonhörerkabel das Chromatid (eine der zwei strangförmigen Chromosomen-Unter- yO einheiten) darstellte, dann würde die Spirale des Telefonhö¬ rerkabels der Chromatid-Spirale entsprechen deren größte Un¬ tereinheit die Rosette der sechs Super-Super-Helix-Schleifen

Hϊrist. )

Die Elastizität verleiht der DNA-Doppelhelix, deren Bruch $ ^~ Q letale Folgen haben kann, einen mechanischen Schutz und gleichzeitig wird durch die helicale Aufwicklung eine mecha¬ nisch stabile, optimal kompakte Transportform geschaffen, was für die Zei 1Vermehrung im Wachstum und für die Zelltei¬ lung im Fortpflanzungsprozeß elemntar wichtig ist.

- ^β r

r Bionisch können wir also bei der in dieser Patentanmeldung vorgestellten Erfindung "Erfindung M" nicht nur die Parallele IQ zu dem Wärmetauschersystem in den Mövenfüßen ziehen, sondern auch unter mechanischen Gesichtspunkten zur chromosomalen Helix-Struktur der DNA.

/S ^"

Die helicale Deformierung der Rohre bzw. Schläuche, welche aus bei Raumtemperatur hartem Werkstoff bestehen, geschieht bei

20

Hart-Kunststoff bzw. bei Metall z.B. Stahl im Endlos-Verfah¬ ren durch seitliche, mechanische Verschiebung des gezogenen, ηjζ ^" vorbeilaufenden Rohres unter Wärmebehandlung.

Entsprechend der Materialstärke kann bei plastischem, kaltdeformierbarem Stahl auch auf die Wärmebehandlung während der helicalen Deformierung verzichtet werden.

Werden endliche Rohrstücke verarbeitet, kann die helicale Struktur auch durch eine werkzeugmäßige Windung um eine mas¬ sive Stange hergestellt werden.

HO

Für Wärmetauscher mit speziellen Anwendungen können für die Rohrherstellung auch bestimmte Werkstoffe, d.h. Metalle und Uζ ^~ Kunststoffe, im Spritzgußverfahren so verarbeitet werden, daß die helicale Struktur in nascendi mit dem Rohr entsteht.

ζO Zur optimalen Turbulenz des innengeführten Fluides können die einzelnen Rohre bzw. Schläuche durch rundwülstige oder spitzkantige Einbuchtungen bzw. Sickungen versetzt oder gegenständig (letzteres entsprechend "Erfindung L") profi¬ liert sein.

Für den erfindungsgemäßen Gegenstand ist ein wie oben be¬ schriebenes Rohr- bzw. Schlauchbündel in einem quaderförmi- ι/ι gen Kasten oder einem Hohlzylinder, welche aus Metall, Kunst¬ stoff oder Keramik bestehen in der Weise installiert, daß die Rohre bzw. die Schläuche des Rohr- bzw. Schlauchbündels an den Bohrungen der beiden Stirnseiten des guaderförmigen Kastens bzw. des Hohlzylinders gas- bzw. wasserdruckdicht

20 verschweißt, verlötet, mit Dichtung ange- oder verschraubt, verklebt oder auf sonstige Weise befestigt sind.

25~ Die Rohr- bzw. Ξchlauchbündel werden aus einer

D i s t r i b u t i o n s kammer mit Fluid gespeist, welches bei Austritt aus diesen Bündeln in eine S a m m e 1 kammer fließt, wobei letztere wiederum ihren Inhalt in ein nachge¬ schaltetes Bündel der beschriebenen Art oder in einen Auslaß-

^' ZC, Rohrstutzen entläßt.

Die einfachste Version des erfindungsgemäßen Wärmetauschers LlQ weist ein einfaches Rohr- bzw. Schlauchbündel ohne Umlenkung, einen außengeführten Fluidströmungsraum mit Gehäuse eine Distributionskammer und eine Sammelkammer und die dazugehö- rigen Rohrstutzen auf.

In der erweiterten Form haben das Rohr- bzw. Schlauchbündel und der außengeführte Fluidströmungsraum jeweils mindestens eine, und zwar bevorzugt eine 180-Grad-Umlenkung.

Die Umlenkung der Rohr- bzw. Schlauchbündel kann auch mit Hilfe einer U m l e n k u n g s kammer realisiert sein.

< _$ Wird der Wärmetauscher in einem Gas-Gas-Rekuperator zur An¬ wendung gebracht, dann werden die Rohr- bzw. Schlauchbündel innerhalb des Gerätes vertikal verlaufend montiert mit einer obenliegenden Rohr- bzw. Schlauchumlenkung, sodaß Kondensate oder Druckspülflüssigkeit nach unten aus den Rohren bzw.

/r Schiäuchen heraus abtropfen können.

Wird der erfindungsgemäße Wärmetauscher in einem Heizkessel eingesetzt, so ist letzterer bevorzugt so konstruiert, daß

20 die Rohrbündel in vertikaler Richtung verlaufen.

Oberhalb dieser vertikal verlaufenden, helicalen Rohrbündel

2S ^~ kann anstatt einer Fluid-Distributionskammer eine wasserge¬ kühlte Brennkammer für den Einsatz von Gebläsebrenner oder Matrixhalbkugel- bzw. Matrixstab-Brenner konstruiert sein. Eine solche dem Stand der Technik entsprechende Brennkammer kann auch unter Umlenkung bevorzugt einer von 45 oder

3S ^" 90 Grad an die Rohrbündelwärmetauscher-Sektion angesetzt sein. In einer anderen Heizkesselbauweise befindet sich unterhalb

HO der beschriebenen Rohrbündel anstatt der Fluid-Stömungskammer (Distributions-, Sammel-) eine mit atmosphärischem Gasbrenner £f£ ^" ausgerüstete Brennkammer.

Im erfindungsgemäßen Wärmetauscher ist das kastenförmige, aber bevorzugt hohlzy1inderförmige Wärmetauschergehäuse so O konstruiert, daß das Gehäuse das oder die RQhr- bzw. Schlauchbündel möglichst eng bevorzugt nur mit fünf bis ^> fünfzehn Millimeter Abstand umschließt, sodaß auch im in¬ neren peripfreren Bereich des Wärmetauschergerätes optimale Turbulenzen herrschen.

^ S t r ö m u n g s t e c h n i s c h betrachtet wird der innengeführte Fluidmassenstrom, also auch dessen Kernstrom in mehrere kleinere, voneinder bis zum Erreichen der nächsten

AO Strömungskammer (Sammel-, Umlenkungs-) getrennte Fluid-Teil- ströme zerteilt, und zweitens strömt das innengeführte Fluid

4$ ^~ eines Teilstromes durch die Rohre bzw. Schläuche und wird kontinuierlich durch die Biegung der helicalen Verwindung abgelenkt, wodurch im innengeführten Fluid permanent Turbu- lenzen entstehen, die für einen guten Wärmeübergang sorgen. Zusätzliche Turbulenzen entstehen, wenn die Rohr- bzw.

2$T Schlauchbündel Umlenkungen z.B. um 180 Grad aufweisen.

Ist die Wärmekapazität des außengeführten Fluides ausrei¬ chend, und sind die Strömungsgeschwindigkeiten der Fluide entsprechend eingestellt, dann können im innengeführten Fluid noch stärkere Turbulenzen durch die oben beschriebenen

J$ ^~ Profi1ierungen der Rohre bzw. Schläuche erzeugt werden.

Ist in einem erfindungsgemäßen Wärmetauschergerät einem Rohr¬ bzw. Schlauchbündel bzw. einer Gruppe von Rohr- bzw.

Ho Schlauchbündeln mindestens ein zweites Bündel bzw. eine zweite Gruppe von Bündeln dieser Art nachgeschaltet, dann lf$ ^~ wird das innengeführte Fluid in der zwischengeschalteten Umlenkungskammer durchmischt. Sind erfindungsgemäße Wärmetauscher mit Bündel-Umlenkungen sro ausgeführt, oder sind sie mit Umlenkungskammern ausgerüstet, dann kann im Falle der räumlich optimalen Ξiebener-Bündel So auf eine helicale Deformation und auch auf einen geringeren Durchmesser ties zentral innenliegenden Rohres bzw. Schlau¬ ches verzichtet werden.

Auch im außengeführten Fluid werden Turbulenzen und sogar Kernstrom-Turbulenzen erzeugt, weil der außengeführte [0 Strömungsraum und somit der außengeführte Kernströmungsraum von dem Bündel der helicalen Rohre bzw. Schläuche durchdrun¬ gen und zerteilt wird. Durch die helicale Windung der Außen- lb fläche der Rohre bzw. Schläuche wird die Fläche, auf die die

Partikel des außengeführten Fluides auftreffen kontinierlich

2.0 verschoben und erzeugen so permanent durch das Auftreffen und die Ablenkung der Fluidpartikel und zusätzlich durch die

Fluidmassen-Verdrängung der Rohre bzw. Schläuche in diesen

2S ^" außengeführten Fluidströmungsraum räumlich ausgreifende Turbulenzen.

2)0 Im Resultat wird der mechanisch in Teilströme zerteilte, außengeführte Kernstrom d.h. dessen dynamisch und k o n t i n u i e r l i c h kurzfristig entstehenden, sich wieder vereinigenden und wieder neu entstehenden T e i l s t r ö m e durch die hier erzeugten Turbulenzen

UQ permanent verwirbelt und vermischt.

Durch Wärmeübergang entstehende lokale, heterogene Tempera¬ turschichtungen werden nach kurzer Zeit homogenisiert. Dadurch ist ein optimaler Wärmeübergang vom oder zum außen¬ geführten Fluid gewährleistet.

Bevorzugt wird der erfindungsgemäße Wärmetauscher unter Ge¬ genstrom der Fluide betrieben. Dabei wird die röhr- bzw. £b schlauchartige Umlenkung bevorzugt in Gas-Gas-Wärmetauschern z.B. in Raumluftwärmerückgewinnern oder Malz-, Holz- oder Lack-Trocknungswärmerückgewinnern zum Einsatz gebracht.

5 ^"

Wenn bei einer Anwendung in einem Heizkessel eine Umlenkung aus Gründen der Kapazität oder wegen Kompaktheit und mini- m mierter Baugröße erforderlich ist, dann wird ein solcher Heizkessel bevorzugt mit einer Umlenkungskammer ausgrüstet. Ein besonderes Merkmal des vorgestellten Wärmetauschers in Anwendung unter Gegenstrom als Raumluftwärmerückgewinnungsge- rät ist, daß durch den erfindungsgemäßen Wärmetauscher solch

L.0 ein Gerät auf ein Volumen von ca. 0,3 Kubikmeter bei einem Durchsatz von tausend Kubikmeter Luft/h komprimiert werden kann.

Bei Anwendung des vorgestellten Wärmetauschers in einem erd¬ gasgespeisten Niedertemperatur-Heizkessel wird das Wärme-

^O 1ieferfluid, das Heizgas, im primären Wärmetauscher inner¬ halb der Rohrhündel und das Wärmetransportfluid, das Wasser, außerhalb der Rohrbündel geführt. Im Falle der Heißwasser-

35 ^" Kesseltechnik wird das bei einem erdgas- oder biogasgespei- sten Heizkessel ebenso gehandhabt, jedoch beim dazugehörigen U@ sekundären Wärmetauscher wird das Heizgas außerhalb der Schäuche und die Brennerfrischluft innerhalb der Schläuche geführt.

H£

Bei Anmwendung in einem Lufterhitzer werden mehrere kurze Rohrbündel nebeneinander und hintereinander gestaffelt, O heißes Wärmelieferfluid innengeführt und mit Hilfe eines seitlich installierten Ventilators können große Volumina Luft im Querstrom durch die Rohrbündel hindurchgedrückt wer- den. Der Vorteil ist, daß so ein Gerät ohne Lamellen aus¬ kommt, welches in puncto Reinigung vorteilhaft ist.

5 ^"

Die gute Reinigungs- und Wartungsmöglichkeit ist denn auch ein weiteres besonderes und herausragendes Merkmal des in vorgestellten Wärmetauschers.

Wird z.B. bei Anwendung als Raumluftwärmerückgewinnungsge- rät, - als Rekuperator mit getrennten Fluidströmungsräumen und optimaler Wärmerückgewinnung bei gleichzeitigem 100%igem, also vollständigem Ersatz der Fortluft durch 2 _. 0 Frischluft - , die saubere Frischluft innengeführt und die mit Schmutzfracht beladene Fortluft außen, also außerhalb der Schlauchbündel geführt, dann setzt sich mit der Zeit

2b ^"

Schmutz auf den Rohrbündeln ab, die z.B. mit Dampfstrahl bequem gereinigt werden können, weil das Gehäuse des Wärme-

3 _> 0 tauschers mindestens eine seitliche, abnehmbare Klappe oder Wand besitzen kann. Die verschmutzbaren Teile sind somit für die Reinigrungswartung bequem und gut zugänglich. Diese gute, praktische Eigenschaft des Gerätes ist wichtig für die Anwendung im Küchen-, Restaurant-, Gasstätten-, Vieh-

UQ stall- und vielen anderen gewerblichen und industriellen Bereichen.

(/^ ^~ Eine besonders zeitgemäße und umso mehr zukunftsträchtige Anwendung des erfindungsgemäßen Wärmetauschers bevorzugt in der einfachen Form ohne Umlenkung, ist die Anwendung als o kompaktes, platzsparendes, in der Handhabung praktisches Abwasser-Wärmerückgewinnungs-Gerät, welches zur Erstausrü- £T7stung von Gebäuden aber auch praktisch und schnell , ohne größere Umstände verursachend zur Nachrüstung installiert werden kann.

.$ ^" Wegen der immer besseren Isol ierfensterverglasung und der von der Bevölkerung schon bei Gebäuden herkömmlichen Bausti¬ les systematisch vorgenommenen, opaken Wärmedämmung, sodaß

10 beide Wärmeisolierungen zusammengenommen sogar in negativen K-Werten resultieren können, kommt der Wärmerückgewinnung aus |5 ^" den erzeugten Abwässern größere Bedeutung zu. Dies gilt ganz besonders für die E i n b i n d u n g in die H a u s - t e c h n i k von N i e d r i g e n e r g i e h ä u s e r n lo

Die Installation ist besonders in dem Falle interessant, wenn die Haustechnik eletrisch mit photovoltaisch erzeugtem Strom

2S ^~ versorgt wird, sodaß so auch die Förderpumpen angetrieben wer¬ den.

Dazu wird der erfindungsgemäße Wärmetauscher so in das haustechnische System integriert, daß das den Boiler speisende, kalte Frischwasser oder das zum Heizkreissystem gehörende

7,5 ^" kalte, zum Mischventil oder zum Heizkessel bzw. zur Wandtherme zurückströmende Rücklaufwasser innerhalb des Bündels oder der

Gruppe der Bündel der helicalen Rohre bzw. Schläuche geführt

HD wird .

Im außenliegenden Führungsraum werden die Hausabwässer von Du- Lj.ζ ^~ sehe , Bad, Spüle, Spülmaschine, Waschmaschine etc. gegenströ¬ mend geführt, welche oft ohne Wärmerückgewinnungssystem bei Verlassen des Hauses noch erhöhte Temperaturen aufweisen.

SO

Ein solches Abwasserwärmerückgewinnungsgerät kann sogar an Abwassserfal leitungen installiert werden, wobei wir hier in ^" 5~ Anlehnung an die herkömmliche Bezeichnung "Frischwasser- Durchlauferhitzer" von "Abwassser-Durchlaufkühler (AW-DLK)" sprechen können.

Wenn die WC-Fäkalabwässer leitungsmäßig nicht von den anderen Hausabwässern getrennt sind, kann technisch das AW-DLK-System IC so installiert werden, daß bei Auslösen der Toilettenspülung über ein elektrisches oder elektronisches Signal gesteuert am Fallrohr, wo sich der Abzweig zum AW-DLK befindet, mit

IS ^" mechanischer, hydraulischer oder pneumatischer Unterstützung eine Bypassklappe umgelegt wird, die dann ohne Umweg den

20 direkten Weg ins Fallrohr freigibt.

An einem solchen AW-DLK-Gerät befindet sich seitlich und wasserdicht eine Reinigungsklappe, sodaß der außenliegende Fluidströmungsraum bequem gereinigt werden kann. Natürlich kann auch ein mit Frisch- oder Regenwasser gespeistes Druck- bO spül-Reinigungssytem installiert sein, welches manuell oder bei unbefriedigenden Temperaturdifferenzen automatisch einge¬ schaltet wird.

Die Erfindung ist in den Zeichnungen beispielhaft veranschau¬ licht und wird im Nachfolgenden anhand der Zeichnungen im

HO Einzelnen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen schematischen, seitlichen, vertikal gezogenen U-ζ ^~ Längsschnitt durch einen Gas-Gas-Rekuperator,

Fig. 2 eine schematische Ansicht eines Rohr- bzw. Schlauch¬ bündels mit stirnseitigem, schematischem Querschnitt, o

Fig. 3 zwei schematische Längschnitte durch kurze Abschnitte eines Rohr- bzw. Schlauchbündels, S Fig. 4 einen schematischen Längsschnitt eines kurzen Ab¬ schnittes einer anderen Ausführung eines erfindungs¬ gemäßen Rohr- bzw. Schlauchbündels.

Es z e igen :

Fig. 5 einen schematischen Querschnitt durch ein erfindungs¬ gemäßes Rohr- bzw. Schlauchbündel, jQ Fig. 6 im schematischen Längsschnitt eine Einzelheit aus Fig.1 ,

Fig. 7 drei schematische, verschiedene, horizontal gezogene Längsschnitte des bereits in Fig.l dargestellten Gas-Gas-Rekuperators, IQ Fig. 8 die schematische, perspektivische Ansicht einer einfachen Basisversion des erfindungsgemäßen Wärme¬ tauschers, is-

Fig. 9 einen schematischen, seitlich und vertikal gezogenen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Heiz- 2) 0 Kessel,

Fig.10 einen schematischen, vertikal gezogenen

Längsschnitt durch einen Abwasser-Durchlaufkühler,

3$ ^~

Fig.11 einen schematischen, vertikal gezogenen

Längsschnitt durch einen Abwasser-Durchlaufkühler, Lfö der via Bypassklappenabzweig und zweiten Abzweig an eine Abwasserfal 1 eitung angeschlossen ist und Fig.12 in Fig.12a und Fig.12b einen Abwasserrohrabzweig mit neuartiger, integrierter Bypassklappe .

Der in Fig.l in Anhang 1/9

SO dargestellte Gas-Gas-Rekuperator besitzt zwei Wärmetauscher- untereihheiten B und C, welche die Trennwand 20 gemeinsam ζY ^~ haben und durch die Umlenkungskammer 50b miteinander ver¬ bunden sind.

O Eine Untereinheit - wir betrachten jetzt B genauer - setzt sich aus dem Fluidströmungsraum 18, dem Fluidströmungs¬ raum 10b, der Distributionskammer 50a, der linken Half- to te der Umlenkungskammer 50b, der linken Hälfte des Gehäu¬ ses 2, der im Fluidströmungsraum 18 innenliegenden Fluid- (S führungswand 21b und den Rohrstutzen 4 und 6 zusammen. Der komplette Fluidströmungsraum 10b von B setzt sich aus dem Innenramum der Rohr- bzw. Schlauchbündel 10a (hier 0

Schlauchbündel) und den Innenräumen von DistributLonskammer und der linken Hälfte der Umlenkungskammer zusammen. $~Beide Fluid-Strömungsraume, 18 und 10b, sind konstruktions¬ mäßig in vertikaler Richtung angeordnet.

Im oberen Bereich der Untereinheit B erfährt der Fluidströ- 0 mungsraum 18 eine Umlenkung um 180 Grad. Ebenfalls der Fluid¬ strömungsraum 10b erfährt eine Umlenkung um 180 Grad durch C entsprechende Umbiegung der Schlauchbündel 10a.

Strömungsmäßig betrachtet strömt das gasförmige Wärmelie- ferfluid Y, hier warme oder heiße Luft (Fortluft) durch den O

Rohrstutzen 6 in die Distributionskammer 50a und gelangt von hier durch die mit Bohrungen versehene, spezifisch per- S ^~ forierte Zwischenwand 40a in die Schlauchbündel 10a des Fluidströmungsraumes 10b. Im Gegenstrom zu Y strömt das Wärmetransportfluid X, o hier kalte Luft (Frischluft), im Fluidströmungsraum 18. Das Fluid Y gibt auf seinem Wege durch die helical gewun- sr denen Schläuche der Schlauchbündel 10a seine Wärme an die Schläuchwände ab, von wo die Wärme auf das gegenströmende Fluid X übergeht.

h Der Weg des Fluides Y führt durch die Schlauchbündel 10a erst aufwärts, dann über die 180-Grad-Schlauch-Umlenkung in die umgekehrte Richtung nach unten in die Umlenkungs¬ kammer 50b, welche sich zwischen den beiden Stirnwänden 21a und 22a dieser Kammner erstreckt, von hier wieder aufstei- / ζ ^~ gend gelangt das Fluid Y in den Fluidströmungsraum 10b der Untereinheit C, welcher ebenfalls aus Schlauchbündeln 10a besteht. Nach erneuter Schlauch-Umlenkung im oberen Bereich

10 von Untereinheit C gelangt das jetzt abgekühlte Fluid Y in die Sammelkammer 50c, von wo das Fluid Y über den Rohr-

2^ ^" stutzen 7 das Gerät verläßt.

Das Fluid X, das wie in Fig. 1 dargestellt während seines ^" 2,0 Weges durch den Rekuperator erwärmt wird, beginnt seinen Weg am Rohrstutzen, 3, strömt dann durch den Fluidströmungsraum 19, erfährt im oberen Bereich von Untereinheit C die vom Ge-

2 _> S ^~ häuse 2, der Fluidführungswand 22b und der Trennwand 20 vorgegebene 180-Grad-Umlenkung, wechselt über die Öffnung 20a L(.Q in die Untereinheit B hinüber und gelangt im Fluidströmungs¬ raum nach nochmaliger 180-Grad-Umlenkung schließlich zur Austrittsöffnung, dem Rohrstutzen 4.

An der Bodenwand 2a, die die Kammern 50a, 50b und 50c nach unten hin begrenzt, und an der Zwischenwand 40a sind Siphone

£0 fachgerecht installiert, sodaß jeweils aus den Kammern 50a, 50b und 50c und aus den Kompartimenten der Fluidströmungs- ζζ~ räume 18 und 19 von oberhalb der Zwischenwand 40a anfallende Kondensate abfließen können. Diese Siphone sind Stand der Technik und sind in Fig. 1 nicht abgebildet.

5~ In Fig.l sind drei Schnittebenen markiert, welche in Fig.7 dargeste11t sind .

\Q Fig.2 in Anhang 2/9 zeigt die schematische Ansicht eines Rohr- bzw. Schlauch¬ bündels 10a, das aus sieben Rohren bzw. Schläuchen besteht, wobei die peripher liegenden, sechs Rohre H (10) bzw. Schläu¬ che H (10) helical gewunden sind. Die Stirnseite dieser

2θ schematischen Ansicht zeigt einen Querschnitt dieses Bündels 10a, wobei der zentral liegende Abstandhalterring 30 zu erkennen ist. Innerhalb des Ringes 30 ist im Querschnitt das S zentrale Rohr bzw. Schlauch, mit H gekennzeichnet, abgebildet .

30

Fig.3 in Anhang 2/9 verdeutlicht noch einmal die Postion und Funktion des Ab- T,S standhalterringes 30 an bzw. zwischen den Rohren H bzw.

Schläuchen H.

Vθ Fig.4 in Anhang 2/9 zeigt eine andere Weise der Abstandhaltung, die bevorzugt bei Kunststoffröhren bzw. -schäuchen Anwendung findet. Die rundumlaufende Ausbuchtung 30 a wird durch Stauchung der Rohre H bzw. Schläuche H unter Wärmebehandlung hergestellt. o

Fig.5 in Anhang 3/9 zeigt noch einmal den Querschnitt eines Rohr- bzw. Schlauch- S ^" bündeis 10a mit sieben Rohren bzw. Schläuchen, mit den peri- pheren H (10) und dem zentralen H und mit dem zentral posi¬ tionierten Abstandhalterring 30.

Fig.6 in Anhang 3/9 zeigt eine Einzelheit aus Fig.l, nämlich eine Möglichkeit [Q der Befestigung weicher und flexibler PE-Schäuche H, deren Enden 39 ringförmig ausgezogen sind, welche an der perfo- rierten Zwischenwand 40a anliegen und dort dicht durch die Anschraubung der perforierte Gegenplatte 40b in Höhe der gestrichelten Linien aufgedrückt werden. Zusätzlich kann 2θ zwischen 39 und 40a mit Kleber gedichtet werden.

Fig.7 in Anhang 4/9

^* 2$~ zeigt die drei horizontalen Längsschnitte, wie sie in Fig.l markiert sind. In Schnitt a und Schnitt b sind die sieben Schläuche H eines Schlauchbündels 10a zu erkennen. Die Zahl von fünf Schlauchbündeln 10a, die einen Teil des Fluidströ¬ mungsraum 10b bilden, ist nur beispielhaft. Sicherlich

7ς ^~ ist für die optimale Raumausnutzung des Fluidströmungsraumes 18/19 eine Anzahl von sechs oder sieben Schlauchbündeln 10a für den Fluidströmungsraum 10b besser.

Ho

Fig.8 in Anhang 5/9 zeigt die einfache Ausführung 1 des erfindungsgemäßen Wärme- tauschers mit den Markierungen der Strömungsrichtungen der Fluide X und Y. Der hier dargestellte, umlenkungsfreie Wärme- £T ^< - ^? tauscher weist ein Rohr- bzw. Schlauchbündel 10a auf, welches von den sechs peripheren, helixartig gewundenen Rohren H (10) bzw. Schläuchen H (10) und dem zentralen Rohr H bzw. Schlauch H gebildet wird. Die Rohre bzw. Schläuche werden durch Ringe wie 30 auf Abstand gehalten.

5 ^"

Bei diesem einfachen, erfindungsgemäßen Wärmetauscher ist der röhr- bzw. schlauchförmige Fluidführungsraum, bisher IQ mit 10b bezeichnet, identisch mit dem inneren Strömungsraum des Rohr- bzw. Schlauchbündels 10a. Innerhalb der Seitenwände von Gehäuse 2 und um die Rohre bzw.

/s-

Schläuche H des Bündels 10a herum erstreckt sich der gegen¬ läufige Fluidströmungsraum 18, welcher an den beiden Stirn-

2θ seiten durch die Zwischenwände 40a in Längsrichtung begrenzt wird. Die Zwischenwände 40a sind nicht für das Fluid X wohl aber für das Fluid Y durchlässig und zwar aufgrund der Bohrungen dort, wo die Rohre bzw. Schläuche H befestigt sind. Auch dieser einfache, erfindungsgemäße Wärmetauscher ver-

7)0 fügt über eine Fluid-Distributionskammer 50a und eine Fluid- Sairtmelkammer 50c für den Fluidströmungsraum von Y, welcher sich über den Rohrstutzen 6, die Distributionskammer 50a, das Bündel 10a, die Sammelkammer 50c und den Rohrstutzen 7 erstreckt. Der Fluidströmungsraum 18 für das Fluid X verfügt

Vθ auch über Anschlußrohrstutzen, nämlich einen Rücklauf-Rohr¬ stutzen 3 und einen Vorlauf-Rohrstutzen 4.

^^ ^" Der mit A markierte Bereich, der sich über den Rohrstutzen 6 und die Distributionskammer 50a erstreckt, kann durch eine wassergekühlte Brennkammer ersetzt werden, welche in einem beliebigen Winkel bevorzugt aber im 90 Grad Winkel angesetzt wird. In einem solchen Falle kommt der erfindungsgemäße Wärme-

£ ^" S ^~ tauscher in der Heizkesselkonstruktion in der Vertikale mit obenliegender Brennkammer zu stehn. Eine spezifische Brenn¬ kammer ist mit Matrix- oder Gebläsebrenner ausrüstbar.

S ^~

Auch kann der Bereich A durch eine untenliegende, wasser¬ gekühlte Brennkammer ersetzt werden, wobei sich dann der IQ Betrieb eines dynamisch gefahrenen, atmosphärischen Brenners empfiehlt.

Kommt so ein einfacher, erfindungsgemäßer Wärmetauscher wie in Fig. 8 dargestellt als Gas-Gas-Rekuperator zur Anwen¬ dung, dann ist ist in diesem auch der Einsatz einer superhe- 0 licalen Wicklung von z.B. flexiblen PE-Schläuchen möglich. Um sich einen solchen Wärmetauscher mit superhelical gewun ^¬ denen Schläuchen bildhaft vorzustellen, wird anstelle des s- mit H(10) markierten, helical gewundenen Schlauches ein aus mindestens zwei Schläuchen bestehendes Schlauchbündel 10a gedacht, 3C wobei dann die Guppe 10b der Schlauchbündel 10a superhelical gewunden ist, und so eine Superhelix-Schlauchstruktur 10c entsteht.

Fig.9 in Anhang 6/9 zeigt schematisch die konstrukturelle Anordnung der Kessel-

Ho komponenten in einem Heizkessel, der den erfindungsgemäßen Wärmetauscher aufweist. Das Symbol für das Rohrbündel 10a fζ ^~ deutet darauf hin, daß in diesem Heizkessel der Wärmetau¬ scher mit einem erfindnungsgemäßen Rohrbündel 10a oder mit einer Gruppe 10b von Rohrbündeln 10a ausgerüstet sein kann. O

Zu Fig. 9 seien kurz die neu auftretenden Bezeichnungen genannt: der dargestellte Heizkessel mit dem erfindungsge- ^ mäßen Wärmetauscher verfügt über die Brennkammer 8, den wasserführenden Brennkammermantelräum 9, die Brennkammer- öffung 8a, die Konsolen 11 und das Siphon 12.

S ^" Fig.10 in Anhang 7/9 zeigt einen erfindungsgemäßen, umlenkungsfreien, unter Gegen¬ strom arbeitenden Wärmetauscher, welcher in die Abwasserlei-

10 tung 13 eines Hauses integriert ist.

Der erfindungsgemäße Wärmetauscher erfüllt hier die Funktion lb eines Wäremrückgewinnungsgerätes und zwar in der Anwendung als "Abwasser-Durchlaufkühler" .

20

Fig.11 in Anhang 8/9 zeigt den erfindungsgemäßen Wärmetauscher in der gleichen _ζ ^~ Funktion wie in Fig. 7 dargestellt. Jedoch ist das erfin¬ dungsgemäße Gerät diesmal in eine Abwasserfalleitung 13 inte¬ griert, welche auch zeitweise grobe Partikel transportiert.

3o

Deshalb ist der Rohrabzweig 13a mit einer einfachen, kreis- flächenförmigen Bypassklappe 15 ausgerüstet, welche elektro- 7,C, mechanisch, hydraulisch oder pneumatisch über die Stange 15a bewegt wird. Seitlich ist die gezeigte Konstruktion des erfindungsgemäßen

Ho Gerätes mit einer durch Schnurdichtung 16 abgedichteten Reinigungsklappe 17 ausgerüstet.

Fig.12a und Fig.12b in Anhang 9/9 zeigen eine e i n-klappige Schiebervorrichtung, welche auch

$v zu öffnen ist, wenn eine Signalfehlfunktion bei Auslösung der Toilettenspülung zu einer Verstopfung des Seitenabzweiges 23a 5 ^~" £ ^~ bzw. des Rohrstutzens 3 und/oder des Fallrohres 13 oberhalb der Schieberklappe 25 geführt haben sollte.

b

Es empfiehlt sich, zwischen einer solchen wie in den Fig.12 oder in Fig.11 dargestellten Bypassklappen-Vorrichtung und dem Rohrstutzen 3 des erfindungsgemäßen Wärmetauschers am Seitenabzweigrohr 23a ein Siebfilter zu installieren. S Bevorzugterweise läßt sich das Sieb automatisch reinigen d.h. ohne Öffnung einer Reinigungsklappe, wobei das bei der

Druckspülung des Siebes anfallende Wasser über einen 0 muffenschieberkontrol 1 ierten Abzweig am Seitenabzweigrohr 23a zur Bypass-Sektion 13b der Abwasserfal leitung 13 abfließen S ^~ kann.

Die Klappe 25 ist ovalflächenförmig, sodaß trotz schräger Positionierung der Klappe 25 in Fig.12a das Seitenrohr 23a und in Fig.12b das Fallrohr 13 weichenmäßig gut verschlossen ist. Die Erklärungen der anderen Bezugszeichen und weitere _ _> ^" Erläuterungen sind bitte der Bezugszeichenliste zu entnehmen.

fT

0 W Ä R M E T A U S C H E R

|<T B E Z U G S Z E I C H E N L I S T E

A Ξammelkammer mit Rohrstutzen {) B linke Untereinheit von Rekuperator in Fig.l

C rechte " " " " " " 1

H Rohr bzw. Schlauch

2^ X Fluid (hier: Wärmetransportfluid)

Y Fluid (hier: Wärme1 ieferfluid)

},0 1 erfindungsgemäßer Wärmetauscher, umlenkungsfrei, wie in Fig.8 dargestellt

2 Gehäuse 2a Bodenwand

3 Rohrstutzen (hier: Rücklauf) fO 4 " (hier: Vorlauf)

6 7

HS-

8 Brennkammer

8a Brennkammeröffnung ro 9 wasserführender Brennkammermantel

10 helixartig gewundenes Rohr bzw. Schlauch

10a Rohr- bzw. Schlauchbündel

10b mittlerer Teil des Fluidstrbmungsraumes von Y, in Fig,l: Gruppe von Rohr- bzw. Schlauchbündeln 10a

5 10c superhel ixartige Wicklung einer Gruppe 10b von Rohr¬ bzw. Schlauchbündeln 10a 11 Konsole

1 '° 12 Siphon

13 Abwasserrohr /5 ^~ 13a Rohrabzweig

13b Bypass-Sektion des Abwasserrohres

15 Bypassklappe, kreisflächenförmig

10

15a Stange

15b e1ektromechanisches , hydraulisches oder

25" pneumatisches Aggregat

16 Schnurdichtung

17 Reinigungsklappe

18 Fluidströmungsraum für Fluid X

19 " " " " X T,ς ^~ 20 Trennwand

20a Öffnung im unteren Bereich der Trennwand 20 21a Stirnwand der Umlenkungskammer 50b

Vö

22a " " 50b

21b Fluidführungswand ^22b

23a Seitenabzweigrohr 23b Seitenabzweigrohr so

24 Manschettendichtung

25 oval flächige Schiebeklappe ζζ ^~ 25a halbgeschlossene Klappe 25

26 innen im Rohr Abzweig zu beiden Seiten gegenüberlie¬ gende Nut, dient als Führungsnut des Zapfens 28

27 ösenaufhängung

28 seitlich zu beiden Seiten von der ovalen Klappe 25 0 abstehender Zapfen

29 untere Begrenzung der Nut, dient als Gleitschiene S ^~ des Zapfens 28

30 Abstandhalter-Ring

30a rundumlaufende Ausbuchtung 0

39 ringförmig ausgezogene Enden der Schläuche H 40a mit spezifischen Bohrungen versehene Zwischenwand S" 40b " " " " " Gegenplatte

50a Distributionskammer 50b Umlenkungskammer 50c Sammelkammer

T