CH679694A5 - - Google Patents

Description

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CH 679 694 A5

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Beschreibung

Das Patent DE 3 308 445 C betrifft einen hohlzylindrischen Rotor für einen regenerativen Wärmetauscher mit einem Mantel, der mehrere Lagen eines in Radialrichtung hochkant orientierten, auf einem für einen Medienstrom durchlässigen Kern wendeiförmig aufgewickelten Bandes enthält, in das Profilierungen eingearbeitet sind, die den radialen Durchtritt des Medienstromes gestatten. Dieser Anordnung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wärmetauscher der vorgenannten Art zu schaffen, der einerseits einen guten strömungstechnischen und wärmetechnischen Wirkungsgrad hat und andererseits mit geringem Aufwand und kostengünstig hergestellt werden kann. Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, das Band so auszubilden, dass sich die Einsenkungen nur über einen Teil der Bandhöhe erstrecken und die Profilierungen der einzelnen Lagen des Bandes Anlagebereiche bilden, die dichtend aneinander anliegen, so dass eine Strömung in Umfangsrichtung verhindert wird. Hierbei wird das auf eine Trommel gewickelte Band zwischen zwei Prägewalzen mit komplementären Mantelflächen hindurchgeführt, woraufhin das geprägte Band fortlaufend auf einem Kern aufgewickelt wird, wobei darauf geachtet werden muss, dass die Profilierungen der aufeinanderfolgenden Lagen des Bandes die genau richtige Lage zueinander einnehmen, damit der Durchgang des Medienstromes gewährleistet ist. Ein solcher Aufbau verlangt jedoch eine taktweise Herstellung mit grosser Genauigkeit. Sollte die geforderte Genauigkeit beim Aufwickeln des Bandes auf dem Kern nicht eingehalten werden können, könnte es zu Störungen des Medienstromes kommen.

In Weiterentwicklung der obigen Anordnung zugrundeliegenden Gedanken hat sich die vorliegende Erfindung die Aufgabe gestellt, die Herstellung noch weiter zu vereinfachen und zu beschleunigen und gleichzeitig einen störungsfreien, besonders hohen Wärmedurchgang zu gewährleisten.

Zu dem oben genannten Zweck ist gemäss der Erfindung bei der neuen Anordnung vorgesehen, dass dem z.B eine wellenartige oder zickzackförmi-ge Struktur aufweisenden profilierten Band ein ebenfalls auf dem durchlässigen Kern wendeiförmig aufgewickeltes nicht profiliertes zweites Band zugeordnet ist, dessen einzelne Lagen mit den Lagen des wellenförmig profilierten Bandes abwechseln, derart, dass jeweils auf eine Lage des profilierten Bandes eine Lage des nicht profilierten Bandes -und umgekehrt - folgt, wobei z.B. die aufeinanderfolgenden Lagen der beiden Bänder parallel oder annähernd parallel zueinander verlaufen können.

Die erfindungsgemässe Anordnung bringt zwei Vorteile mit sich, nämlich dass der Wärmewirkungsgrad und der strömungstechnische Wirkungsgrad ausserordentlich gut sind und dass dieser Vorteil mit einer weiteren Vereinfachung und Verbilligung der Herstellung verbunden ist. Der wärmetechnische Wirkungsgrad wird dadurch verbessert, dass man nunmehr für beide Bänder möglichst dünnes Blech verwenden und für das profilierte Band eine sehr feine, wellenförmige Profilierung wählen kann,

wobei sich dann auch noch sehr viel Fläche für den Wärmeübergang ergibt. Die weiteren Vorteile ergeben sich daraus, dass nunmehr eine praktisch störungsfreie Durchströmung bei vereinfachter Herstellung gegeben ist, vor allem kann nunmehr ein einwandfrei kontinuierliches Herstellungsverfahren verwendet werden, wobei es auf absolute Genauigkeit beim Zusammenpassen der aufeinanderfolgenden Lagen nicht mehr ankommt. Das nicht profilierte Band dient hierbei in erster Linie dazu, die Strömung einigermassen zu orientieren, Verwirbe-lungen und Strömungsstörungen zu vermeiden, wenngleich es wegen der nunmehr möglichen geringen Höhe der Profilierungen oder Wellen (Amplitude!) keine Rolle spielt, wenn die aufeinanderfolgenden Lagen etwas miteinander kommunizieren. Die Profilierungen können im übrigen bei sauberer Luft klein oder sehr klein gehalten werden, wenn die als Durchströmmedium verwendete Luft schmutzig ist, werden zweckmässigerweise grobe Profilierungen verwendet.

Die Herstellung kann z. B. auch dadurch vereinfacht werden, dass die Profilierungen des profilierten Bandes mit Hilfe von zusammenwirkenden kegeligen Prägerollen oder -walzen hergestellt werden, die miteinander an einer Prägestation in Eingriff stehen und gegeneinander laufen und durch deren die Prägestation bildende Klemmlinie das zu profilierende Blech, z.B. Aluminiumblech, kontinuierlich hindurchgezogen werden kann, während das nicht profilierte Band, z.B. durch Stanzen, mit Schlitzen versehen und dann einer Zugbeanspruchung in Bandlängsrichtung unterzogen werden kann, derart, dass die Schlitze rhombusförmige Gestalt erhalten. Die Schlitze dienen in erster Linie dazu, das nicht profilierte Band zu präparieren, damit es leicht um den Kern herumgewickelt werden kann (Rundlegen!). Statt durch die Schlitze, kann man dies aber auch dadurch erreichen, dass das Band im Bereich der oberen radialen Aussenkante durch Walzen gestreckt und im Bereich der Innenkante gestaucht wird. Zweckmässigerweise geht man hierbei so vor, dass man zunächst an separaten Stationen das nicht profilierte Band fertigbearbeitet und sodann die beiden Bänder fortlaufend auf dem Kern aufwickelt, der auf einem um eine Achse quer zur Drehachse der Prägewalze rotierenden und sich entlang dieser Achse verschiebenden Dorn aufgezogen ist Es leuchtet ein, dass nunmehr die Herstellung wenige, einfache Operationen erforderlich macht, wobei zusätzliche Massnahmen zur Einhaltung einer übergrossen Genauigkeit nicht mehr erforderlich sind.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 einen Rotor gemäss der Erfindung als Teil eines regenerativen Wärmetauschers in perspektivischer, schematischer Gesamtdarstellung,

Fig. 2a einen Teil eines Rotors gemäss Fig. 1 in einer Seitenansicht, wiederum in schematischer Teildarstellung,

Fig. 2b eine Einzelheit der Anordnung nach Fig. 2a in grösserem Massstab,

Fig. 3 ein profiliertes Band eines Rotors gemäss

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Fig. 1 und 2 in einer Vorderansicht in schematischer Teildarstellung,

Fig. 4 die Anordnung nach Fig. 3 in einer Draufsicht, wiederum schematisch dargestellt,

Fig. 5a ein nicht profiliertes Band eines Rotors gemäss Fig. 1 in einer Draufsicht in Teildarsteliung und schematisch gezeigt,

Fig. 5b eine Einzelheit der Anordnung nach Fig. 5a in grösserem Massstab und

Fig. 6 das nicht profilierte Band gemäss Fig. 5a in einer Ansicht von vorn in schematischer Darstellung.

In Fig. 1 ist der allgemein mit 1 bezeichnete Rotor gemäss der Erfindung dargestellt, der zu einem insgesamt mit 2 bezeichneten Wärmetauscher gehört, dessen Gehäuse aufgebrochen ist. Der Rotor 1 wird in Richtung der Pfeile 3 von zwei Medienströmen durchsetzt, wobei jeder der beiden Medienströme zweimal in annähernd radialer Richtung durch den Mantel 4 des Rotors 1 hindurchtritt. Das Innere des Rotors 1 ist durch eine Zwischenwand 5 in zwei Kammern 6 unterteilt, die jeweils einem der beiden Medienströme zugeordnet sind. Die Zwischenwand 5 ist ortsfest im Innern des Rotors 1 angeordnet und bildet einen Teil des Gehäuses, in dem der Rotor 1 um seine Längsachse gemäss Pfeil 7 herumläuft. Zu dem Gehäuse des Wärmetauschers 2 gehören Trennwände 8, die an den Aussenmantel des Rotors 1 angrenzen und die Eintrittsbereiche 9 bzw. Austrittsbereiche 10 der beiden Medienströme voneinander trennen. Die jeweils einem Medienstrom zugeordneten Eintritts- und Austrittsbereiche liegen auf dem Umfang des Rotors 1 um 90° gegeneinander versetzt, und die zu verschiedenen Medienströmen gehörenden Eintritts und Austrittsbereiche liegen einander auf dem Rotorumfang gegenüber, also der Austrittsbereich 10 des Medienstromes 3a liegt dem Austrittsbereich 10 des Medienstromes 3b gegenüber, der Eintrittsbereich 9 des Medienstromes 3a liegt dem Eintrittsbereich 9 des Medienstromes 3b diametral entgegengesetzt gegenüber. Bei dieser Anordnung durchsetzen also die Medienströme den Rotor 1 gegenläufig, was für einen effektiven Wärmeaustausch von Vorteil ist. Im Eintrittsbereich 9 erfolgt jeweils eine Strömung durch den Mantel 4 von aussen nach innen und in dem Austrittsbereich 10 eine Strömung von innen nach aussen. Der Rotor 1 wird im Durchströmbereich eines der beiden Medienströme aufgeheizt, wobei dem entsprechenden ursprünglich heisseren Medium Wärme entzogen wird. Durch die Umdrehung des Rotors 1 in Richtung des Pfeiles 7 wandert sodann die aufgeheizte Partie des Rotors 1 in den Durchtrittsbereich des anderen, ursprünglich kälteren Mediums, das dort Wärme aufnimmt und dabei zugleich den Rotor 1 abkühlt. Durch weitere Rotation gelangt der abgekühlte Teil des Rotormantels 4 wieder in den Bereich des heissen Medienstromes, und der Wärmetransportvorgang wiederholt sich entsprechend.

Der Rotor 1 hat die Gestalt einer innen hohlen, kreiszylindrischen Wärmetauscherwalze, sein Mantel 4 enthält mehrere Lagen eines in Radialrichtung hochkant orientierten Bandes 15, in das Profilierungen 16 eingearbeitet sind, die den radialen Durchtritt gemäss den Pfeilen 3 des betreffenden Medienstromes gestatten. Dieses mit Profilierungen 16 versehene Band 15 ist auf einen Kern 17 wendeiförmig aufgewickelt, der für die Medienströme durchlässig ist, indem er z.B. aus einem perforierten Metallzylinder mit grosser freier Querschnittsfläche besteht oder aus einem durchbrochenen Rohrstück. Der Kern 17 dient somit als Träger für die Wicklungen des Bandes 15 und demzufolge als tragende Stütze des Rotors 1 im Gehäuse des Wärmetauschers 2, seine Innenfläche dient gleichzeitig als glatte Lauffläche für die Zwischenwand 5, so dass diese in sehr geringem Abstand zu der inneren Mantelfläche des Kerns 17 liegen kann. Der Kern 17 kann auch aus einem steifen Drahtgeflecht hergestellt sein, es ist auch eine Käfigstruktur des Kerns 17 möglich, bei der eine grössere Anzahl von Stangen parallel zueinander auf der Mantelfläche eines Zylinders angeordnet sind, die an ihren Enden gegeneinander angestützt sind. Die Maschen des Drahtgeflechtes bzw. die Zwischenräume zwischen den Stangen bilden dabei einen Durchlass für die Medienströme, den diese mit geringem Strömungswiderstand durchsetzen. Ein derartiger Aufbau der Wärmetauscherwaize ist bereits Gegenstand des Patentes 3 308 445.

Erfindungsgemäss ist jedoch dem profilierten Band 15 ein ebenfalls auf dem durchlässigen Kern 17 wendeiförmig aufgewickeltes, nicht profiliertes, zweites Band 20 zugeordnet, dessen einzelne Lagen jeweils mit den Lagen des wellenförmigen profilierten Bandes 15 abwechseln, derart, dass jeweils auf eine Lage des profilierten Bandes 15 eine Lage des nicht profilierten Bandes 20 - und umgekehrt -folgt. Hierbei verlaufen die aufeinanderfolgenden Lagen beider Bänder 15, 20 parallel oder annähernd parallel zueinander. Diese Anordnung ist im einzelnen in den Fig. 2a und 2b gezeigt, hier folgt auf die Lage 15a des profilierten Bandes darunterliegend die Lage 20a des nicht profilierten Bandes 20, woraufhin wieder die Lage 15b des profilierten Bandes 15 folgt, die auf der Lage 20b des nicht profilierten Bandes 20 aufliegt. Die einzelnen Lagen liegen zweckmässigerweise aufeinander auf, die Lagen des nicht profilierten Bandes haben in erster Linie die Aufgabe, die Strömung des zum Wärmeaustausch dienenden Mediums zu orientieren, ohne dass man die einzelnen Lagen genau zusammen-passt.

Wie insbesondere aus Fig. 3 und 4 zu erkennen ist, hat das profilierte Band 15 eine wellen- oder zickzackförmige Struktur, insbesondere aus Fig. 3 ist zu erkennen, dass es Höhen 18a und auf diese folgend Täler 18b gibt, mit denen das profilierte Band auf der Ebene des darunterliegenden nicht profilierten Bandes aufliegt. Die Höhe a der Wellenstruktur beträgt zwischen 1 und 5 mm, vorzugsweise ca. 2 mm, während ihre Wellenlänge b zwischen 2 und 8 mm, vorzugsweise ca. 5 mm beträgt. Schliesslich ist noch darauf hinzuweisen, dass die Profilierungen des profilierten Bandes 15 sich in radialer Richtung (vgl. Fig. 4, Pfeil 19) von aussen 19a nach innen 19b, zur Längsmittelachse des Kerns hin, verjüngen, derart, dass das Band an der radia-

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len Innenseite gerafft ist. Die Profilierungen des profilierten Bandes 15 werden - in nicht dargestellter Weise - mit Hilfe von zusammenwirkenden kegeligen Prägerollen oder -walzen hergestellt, die miteinander an einer Prägestation mit komplementären Mantelflächenpartien in Eingriff stehen und gegen-einanderlaufen, wobei das zu profilierende Blech, z.B. ein Aluminiumblech, durch die die Prägestation bildende Klemmlinie der Prägerollen oder -walzen kontinuierlich durchzogen wird. Die Wellen oder Profilierungen können klein gehalten werden, wenn der Medienstrom aus sauberer Luft besteht, bei schmutziger Luft müssen sie entsprechend grob gewählt werden.

Wie aus der Zeichnung zu erkennen ist, sind die einzelnen Lagen des nicht profilierten Bandes 20 jeweils in einer Ebene enthalten, so dass die Wellentäler der wellenförmigen Struktur des profilierten Bandes auf diesem ebenen, flachen, nicht profilierten Band gut aufliegen können. Dieses nicht profilierte Band weist axial durchgehende Durchtrittsöffnungen 21 auf, so dass dieses nicht profilierte Band 20 streckmetallartige Struktur hat bzw. streckgit-terähnlich ausgebildet ist, wie insbesondere aus Fig. 5a der Zeichnung zu erkennen ist. Dieses z.B. aus Aluminium bestehende nicht profilierte Band wird z.B. durch Stanzen mit Schlitzen versehen und dann einer Zugbeanspruchung in Bandlängsrichtung gemäss den Pfeilen 22 unterzogen, so dass diese Schlitze rhombusförmige Gestalt erhalten. Dadurch kann dieses Band ohne weitere besondere Vorkehrungen und Massnahmen leicht um den zylindrischen Kern herumgewickelt werden. Man kann die Schlitze, je nach Erfordernis, weit voneinander entfernt (weitmaschiges Streckgitter) oder nahe beieinander anordnen.

Infolge der oben beschriebenen Gestaltung der beiden Bandarten kann man nunmehr für die Herstellung möglichst dünne Bleche verwenden, ausserdem auch eine sehr feine Profilierung, so dass sich insgesamt - auch wegen der nunmehr zur Verfügung stehenden grossen Übertragungsfläche -ein sehr guter Wärmedurchgang ergibt, zumal auch strömungstechnische Vorteile vorhanden sind, da die radiale Durchströmung der Wärmetauscherwal-ze praktisch keinen Störungen unterworfen ist.

Die Herstellung der neuen Wärmetauscherwalze ist einfacher, kostengünstiger: zunächst werden an separaten Stationen das nicht profilierte und das profilierte Band fertiggearbeitet - einerseits durch Stanzen und Auseinanderziehen, andererseits Profilieren beim Durchgang durch entsprechende Prägewalzen oder -rollen - und sodann werden die beiden Bänder fortlaufend auf dem Kern wendeiförmig aufgewickelt, nachdem die Bandenden am Kern befestigt worden sind. Statt eines Streckgitters, das in erster Linie dazu dient, das Herumiegen des nicht profilierten Bandes um den Kern zu erleichtern, kann man auch den erforderlichen wendeiförmigen Verlauf des Bandes erreichen, indem man es an der Aussenseite durch Walzen streckt und an der radialen Innenkante staucht. Hierbei kann das Aufwickeln in so dichter Packung erfolgen, dass - wie bereits oben beschrieben worden ist - die Wellentäler 18b des profilierten Bandes 15 auf der Ebene der darauffolgenden Lage des nicht profilierten Bandes 20 ihrerseits auf den Höhen 18a der Wellenstruktur der nachfolgenden Lage des profilierten Bandes aufliegen.

Dabei ist es möglich, den Kern im Bereich seiner Stirnseiten mit Deckeln zu versehen, die über die Aussenfläche des Kerns hinausragen und die Bänder zwischen sich aufzunehmen, wobei zweckmässigerweise die Bänder zwischen den Deckeln verspannt und in dichter Packung zwischen den Deckeln gewickelt werden, so dass sie auf Grund ihrer inneren Elastizität halten.

Claims (9)

Patentansprüche

1. Hohlzylindrischer Rotor (1) für einen regenerativen Wärmetauscher mit einem Mantel (4), der mehrere Lagen eines in Radialrichtung hochkant orientierten, auf einem für einen Medienstrom durchlässigen Kern (17) wendeiförmig aufgewickelten Bandes (15) enthält, in das Profilierungen (16) eingearbeitet sind, die den radialen Durchtritt (3) des Medienstromes gestatten, dadurch gekennzeichnet, dass dem eine wellenartige oder zickzackförmige Struktur aufweisenden, profilierten Band (15) ein ebenfalls auf dem durchlässigen Kern (17) wendeiförmig aufgewickeltes zweites nicht profiliertes Band (20) zugeordnet ist, dessen einzelne Lagen jeweils mit den Lagen des wellenförmig profilierten Bandes (15) abwechseln, derart, dass jeweils auf eine Lage des profilierten Bandes (15) eine Lage des nicht profilierten Bandes (20) - und umgekehrt -folgt, wobei die aufeinanderfolgenden Lagen der beiden Bänder (15, 20) parallel oder annähernd parallel zueinander verlaufen können.

2. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem profilierten Band die Höhe der Wellenstruktur, d.h. Amplitude der Welle zwischen 1 und 5 mm, vorzugsweise ca. 2 mm betragen kann, während ihre Wellenlänge zwischen 2 und 8 mm, vorzugsweise ca. 5 mm betragen kann.

3. Rotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Lagen des z.B. aus Aluminium bestehenden nicht profilierten Bandes (20) jeweils flach und eben sind, so dass die Wellentäler der wellenförmigen Strukturen des profilierten Bandes auf dem nicht profilierten Band gut aufliegen und vorzugsweise das nicht profilierte Band (20) axial durchgehende Durchtrittsöffnungen aufweisen kann.

4. Rotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das nicht profilierte Band (20) streckmetallartige Struktur hat bzw. streckgitterähnlich ausgebildet ist.

5. Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Profilierungen des profilierten Bandes (15) sich in radialer Richtung von aussen nach innen, zur Längsmittelachse des Kerns hin, verjüngen, derart, dass das Band an der radialen Innenseite gerafft ist.

6. Verfahren zur Herstellung eines Rotors nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Profilierungen des profilierten Bandes (15) mit Hilfe von zusammenwirkenden, kegeligen Prägerollen oder -walzen hergestellt werden, die

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miteinander an einer Prägestation im Eingriff stehen und gegeneinanderlaufen und durch deren die Prägestation bildende Klemmlinie das zu profilierende Blech, kontinuierlich hindurchgezogen wird.

7. Verfahren zur Herstellung eines Rotors nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das nicht profilierte Band (20) durch Stanzen mit Schlitzen (21) versehen und sodann einer Zugbeanspruchung in Bandlängsrichtung unterzogen wird, derart, dass die Schlitze rhombusförmige Gestalt erhalten.

8. Verfahren zur Herstellung eines Rotors nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass beim Herstellen des nicht profilierten Bandes durch Walzen das Band im Bereich der radialen Aussenkante gestreckt und im Bereich der radialen Innenkante gestaucht wird.

9. Verfahren zur Herstellung eines Rotors nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man zunächst an separaten Stationen das nicht profilierte und das profilierte Band fertig bearbeitet und sodann die beiden Bänder fortlaufend auf dem Kern aufwickelt, der auf einen um eine Achse quer zur Drehachse der Prägewalzen rotierenden und sich entlang dieser Achse vorschiebenden Dorn aufgezogen ist.

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