DE1016729B - Vorrichtung zur Waermeuebertragung von einem gasfoermigen oder fluessigen Medium zu einem anderen vermittels eines umlaufenden Rotors - Google Patents

Vorrichtung zur Waermeuebertragung von einem gasfoermigen oder fluessigen Medium zu einem anderen vermittels eines umlaufenden Rotors

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DE1016729B
DE1016729B DES28536A DES0028536A DE1016729B DE 1016729 B DE1016729 B DE 1016729B DE S28536 A DES28536 A DE S28536A DE S0028536 A DES0028536 A DE S0028536A DE 1016729 B DE1016729 B DE 1016729B
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rotor
comb
heat transfer
ribs
medium
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DES28536A
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Karl Gustav Aahlen
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Svenska Rotor Maskiner AB
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23LSUPPLYING AIR OR NON-COMBUSTIBLE LIQUIDS OR GASES TO COMBUSTION APPARATUS IN GENERAL ; VALVES OR DAMPERS SPECIALLY ADAPTED FOR CONTROLLING AIR SUPPLY OR DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; INDUCING DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; TOPS FOR CHIMNEYS OR VENTILATING SHAFTS; TERMINALS FOR FLUES
    • F23L15/00Heating of air supplied for combustion
    • F23L15/02Arrangements of regenerators
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D19/00Regenerative heat-exchange apparatus in which the intermediate heat-transfer medium or body is moved successively into contact with each heat-exchange medium
    • F28D19/04Regenerative heat-exchange apparatus in which the intermediate heat-transfer medium or body is moved successively into contact with each heat-exchange medium using rigid bodies, e.g. mounted on a movable carrier
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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Description

  • Vorrichtung zur Wärmeübertragung von einem gasförmigen oder flüssigen Medium zu einem anderen vermittels eines umlaufenden Rotors Den Gegenstand der Erfindung bildet eine Vorrichtung zur Wärmeübertragung von einem gasförmigen oder flüssigen Medium zu einem anderen vermittels eines umlaufenden Rotors, insbesondere Torwärmer für Verbrennungsluft durch Abgase, bei der der Rotor von einem festen Gehäuse umschlossen und gegen dieses abgedichtet ist und die wärmeübertragende Fläche bildet, die beiderseitig Rippen trägt, die als Ringe in den Rotorflächen angeordnet sind und zwischen sich entsprechende, mit der Drehachse des Rotors konzentrische Ringkanäle bilden, durch die einerseits das heiße Medium, auf der anderen Seite das zu erwärmende Medium geführt wird, wobei die Ringkanäle durch kammartige Schaufelglieder mit in die Tiefe der Kanäle hineinreichenden Zinken in Gruppen unterteilt werden. Erfindungsgemäß sind auf beiden Seiten des Rotors Überströmräume für das betreffende Medium gebildet, die das Medium von Ringkanalgruppe zu der nachfolgenden Ringkanalgruppe leiten, so daß eine schraubenförmige Bewegung der Medien entlang der Rotorfläche erfolgt. Durch diese schraubenförmige Bewegung der Medien entlang der Rotorfläche wird ein für die Oberfläche spezifisch höherer Austauschkoeffizient geschaffen, und zwar bei einem möglichst geringen Kraftaufwand, wobei sogar die Bewegung des Rotors dazu benutzt werden kann, den erforderlichen Strom der Luft oder des Gases zu erzeugen. Die an sich schon große Oberfläche des Rotors wird außerordentlich intensiv von dem strömenden Mittel umspült.
  • Die Erfindung wird an Hand der Zeichnungen in ihren Einzelheiten näher beschrieben.
  • Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch einen Rotor mit zylindrischer Trommel; -Fig. 2 zeigt einen Querschnitt in der Ebene 2-2 nach Fig. 1; Fig. 3 zeigt eine Aufsicht als Abwicklung der Linie 3-3 nach Fig. 2; Fig. 4 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Teiles des Rotormantels; Fig. 5 eine der Fig. 3 entsprechende Darstellung mit einigen Abweichungen, Fig. 6 einen Querschnitt nach der Ebene 6-6 der Fig. 5, Fig. 7 eine perspektivische Ansicht des - Rotormantels entsprechend der Darstellung nach Fig. 4 mit einigen Abänderungen.
  • Fig. 8 eine den Fig. 3 und 5 entsprechende Ansicht mit einer abgeänderten Ausführung, Fig. 9 einen Querschnitt nach der Ebene 9-9 der Fig. 8, Fig. 10 einen Längsschnitt nach der Ebene 10-10 der Fig. 8, Fig. 11 eine der Fig. 8 entsprechende Ausführung, jedoch mit einer anderen Kammeranordnung, Fig.12 einen der Fig.-2 entsprechenden Längsschnitt durch einen scheibenförmigen Rotor, Fig. 13 einen Querschnitt nach der Ebene 13-13 der Fig. 12.
  • Der in Fig. 1 dargestellte Rotor 10 wird mittels einer Welle 12 gedreht. Der Rotor selbst besteht aus der Stirnwand 16, dem zylindrischen Mantel 18 und der Stirnwand 20. Letztere ruht mit einem Flansch drehbar in einem Lager 56, welches gleichzeitig abdichtet, in der Seitenwand 54 des feststehenden Gehäuses. Das feststehende aGehäuse besteht aus den Außenwänden 40 und 42, wobei die Wand 40 durch eine Dichtung 41 gegenüber der Welle 12 abgedichtet ist, und einem den Rotor- umgebenden zylindrischen Mantel 38. Das Gehäuse besitzt ferner einen Innenzylinder 30 mit einem Eintrittsstutzen 34 und einer zylindrischen Mantelfläche 32. Letztere ist ebenso wie der äußere Gehäusemantel= 38 konzentrisch zu dem Rotormantel 18 angeordnet.-Das Innere des Zylinders 30 steht durch Bohrungen-36 mit dem Ringraum 60 in Verbindung, der zwischen Zylindermantel und Rotormantel gebildet wird. Auf der anderen Seite steht dieser Raum 60 mit- einem Auslaßkanal 58 in Verbindung. Die Pfeile 62 bezeichnen die Strömungsrichtung eines ersten strömenden Mediums an. Der Raum 48 zwischen Rotormante118 und Gehäusemantel 38 steht einerseits mit dem Einlaßkanal 44 durch die Öffnung 46, das andere Mal mit dem Auslaßkanal 52 durch die Öffnung 50 in Verbindung. Die Pfeile 64 bezeichnen die Strömungsrichtung des zweiten Mediums.
  • Die zylindrische Wandung 18 des Rotors trägt nach außen Rippen 22 und gleichartige, nach innen gerichtete Rippen 26. Die Zylinderwand 32 trägt eine Anzahl von Schaufelgliedern 66, die sich in Längsrichtung über den Rotor erstrecken. Diese Schaufelglieder haben eine kammartige Form mit einer Vielzahl von Zinken 68, die die Querschnitte der zwischen den Rippen 26 gebildeten Ringkanäle 28 annähernd ausfüllen. Ähnliche kammartige Schaufelglieder 70 erstrecken sich über die äußere Gehäusewand 38. Ihre Zinken 72 treten ebenso in die Querschnitte der von den Rippen 22 gebildeten äußeren Ringkanäle 24. Auf der Außenseite der Rippen 22 liegt axial zur Rotorachse in gewissen Abständen von den Schaufelgliedern 70 je eine Deckfläche 74 in geringem Abstand von den Spitzen der Rippen. Diese Deckplatten werden durch Führungsplatten 76 getragen. Diese wiederum werden, wie aus Fig.2 ersichtlich, von dem Gehäusemantel 38-- getragen. Die Deckplatten 74 tragen auf ihrer äußeren Mantelfläche Stege 78, die im Winkel zur Rotorachse verlaufen und in radialer Richtung abgebogene Teile 80 besitzen. Die Teile 80 dieser Stege erstrecken sich über die Kanten der Deckplatten 74 hinaus bis zu den angrenzenden Schaufelgliedern 70 und teilen die Räume zwischen den Kanten der Deckplatten und den Schaufelgliedern in zwei Gruppen von axialen Durchlässen zwischen je zwei auf einanderfolgenden Schaufelgliedern 70. Die eine Gruppe dieser Durchlässe ist mit 82, 82d, 82b und 82c bezeichnet, die andere mit 84, 84d, 84b, 84c, wie aus Fig.3 und 4 zu entnehmen ist. Diese Durchlässe verbinden die Sektoren der Ringkanäle 24 zwischen den angrenzenden Schaufelgliedern 70 und dem Raum zwischen den Schaufeln, welche, in radialer Richtung gesehen, außerhalb der Deckplatten 74 liegen. Dieser letzte Raum ist durch die Stege 78 in eine Gruppe von zur Rotorachse im Winkel verlaufenden Kammern 86, 86a, 86b und 86c, wie in Fig. 3 und 4 ersichtlich, geteilt. Diese Kammern oder Überströmräume für die Medien werden begrenzt durch die Deckfläche 74, die radial angeordneten Außenteile der kammartigen Schaufelglieder 70, den äußeren Gehäusemantel 38 und die Führungsplatte 76.
  • Innerhalb des Rotormantels 18 ist eine gleichartige Ausbildung vorgesehen. Hier sind Deckflächen 88 angeordnet, welche über den Spitzen der inneren Rippen 26 liegen, außerdem sind Gruppen von Führungsblechen 90 zur Halterung der Deckflächen 88 und Gruppen von Durchlaßöffnungen 92 und 94 vorgesehen. Zusammen mit den Deckplatten 88 ergeben der innere Gehäusemantel 32 und die inneren Schaufelglieder 66 ebenfalls in einem Winkel zur Rotorachse verlaufende Kammern 96 ähnlich wie die Kammern 86. Der Unterschied der beiden Kammern 86 und 96 besteht darin, daß ihre Winkel zur Rotorachse um 90° versetzt sind.
  • Die Arbeitsweise der Vorrichtung ist folgende: Das heiße Gas tritt durch den Kanal 44 und die Öffnung 46 in den äußeren Ringraum ein und betritt strahlenförmig eine Gruppe von Ringkanälen 22 durch die Einlaßöffnungen 82, die am Umfang des äußeren 11antels angeordnet sind.. Der Rotor dreht sich in der durch Pfeile 98 in Fig. 4 angedeuteten Richtung. Infolge der Reibung zwischen dem Gas und der Oberfläche der sich bewegenden Rippen werden die Gasströme in den Ringkanälen in Richtung der Drehung des Rotors von der Deckplatte 74 fortbewegt, bis sie radial durch die Zinken 72 der kammartigen Schaufelglieder 70 hinausgedrängt werden. Verfolgt man nun den Gasstrom an Hand der in Fig. 3 und 4 eingezeichneten Pfeile 100, so erkennt man, daß der Strom durch die Einlaßöffnung 82 eintritt, durch die Ringkanäle hindurchfließt, aus der Öffnung 84 wieder herauskommt, durch die schräge Kammer 86a fließt, dann wieder durch eine Gruppe von Ringkanälen aus der Öffnung 84a herauskommt, diagonal durch die Kammer 86 b fließt usw., bis er in einem schraubenförmigen Gang die letzte Kammer erreicht hat. Da auf der Mantelfläche des Rotors eine Mehrzahl derartiger Kammergruppen angeordnet ist, bewegt sich das Gas in einer entsprechenden Anzahl schraubenförmiger Säulen längs über den Rotormantel.
  • Das gleiche gilt für die Bewegung der Luft. Diese tritt durch den Stutzen 34 in den Zylinder 30, von hier durch die Öffnungen 36 in die einzelnen Gruppen von Ringkanälen 26 und bewegt sich dann in der völlig gleichen Art wie das Gas zum Auslaßkanal 58.
  • Während nun beide Medien, Gas und Luft, solange sie sich in den Ringkanälen befinden, quer zur Rotorachse strömen, so ist, wie aus Fig. 1 deutlich zu erkennen, die allgemeine Strömungsrichtung der beiden Medien doch gegensätzlich, d. h., die durch die Öffnungen 36 eintretende kalte Luft kommt zunächst mit einem bereits abgekühlten Abgas zum Wärmeaustausch, während die bereits vorgewärmte Luft auf ihrem Wege durch die letzten Ringkanäle mit dem gerade eintretenden heißen Abgas zum Wärmeaustausch kommt.
  • Die eben geschilderte Arbeitsweise bezog sich auf die Vorwärmung von Verbrennungsluft durch Verbrennungsabgase und bei dieser Verwendung ist es vorteilhaft, wenn die Gase durch die äußeren Ringkanäle des Rotors und die Luft durch die inneren Ringkanäle strömt, da das Volumen des Gases gewöhnlich größer ist als das der kalten Luft. Außerdem können die äußeren Ringkanäle leichter von Ruß und Asche, die sich stets aus den Abgasen ablagern, gereinigt werden. Es ist jedoch selbstverständlich, daß unter besonderen Umständen das heiße Medium auch durch die inneren Räume und das anzuwärmende Medium durch die äußeren Räume geleitet werden kann.
  • Der Wirkungsgrad der Wärmeübertragung zwischen einem strömenden Medium und einem festen Körper hängt neben anderen Funktionen von der Relativgeschwindigkeit zwischen beiden ab, die gerade bei der Ausführung nach der Erfindung leicht sehr hoch gehalten werden kann. Der Wirkungsgrad kann auch dadurch beeinflußt werden, daß die Breite der Ringkanalsektoren größer oder kleiner gehalten wird, nicht nur wegen der Veränderung der Relativgeschwindigkeit, sondern auch, um die Absolutgeschwindigkeit des strömenden Mittels auf einen angemessenen niedrigen Wert zu halten, um unerwünschte Wirbelbildungen zu vermeiden. Ist die Geschwindigkeit genügend niedrig, so wird die Strömung annähernd laminar sein, so daß keine Strahlablösung stattfindet. Allenfalls werden an den Oberflächenschichten kleine sekundäre Wirbel auftreten, die normalerweise um die Achse der allgemeinen Stromlinie rotieren. Diese Wirbel sind vom Standpunkt der Wärmeübertragung sogar wünschenswert und verursachen keinen nennenswerten Widerstand für die Strömung. Da die Ringkanäle im Verhältnis zu ihrer Breite sehr tief sind, genügen die sekundären Wirbel der Oberflächenschichten, um praktisch die gesamte Menge des strömenden Mittels mit der festen Oberfläche in wärmeaustauschende Berührung zu bringen.
  • Ein zweiter Faktor zur Beeinflussung des Wirkungsgrades ist die Temperaturdifferenz. Auch diese ist durch die Ausbildung nach der Erfindung bestimmbar, und zwar ebenfalls durch die Breite der Ringkanalsektoren; denn durch die Breite wird die Menge des strömenden Mittels bestimmt, die jeweils mit der Oberfläche des festen Körpers in Berührung steht, und je kürzer diese Berührung dauert und je öfter die berührende Menge wechselt, um so höher liegt jeweils die Temperaturdifferenz. Es leuchtet ein, daß hierdurch der Wirkungsgrad ebenfalls verbessert wird.
  • So verschieden und mannigfach die Betriebsbedingungen bei derartigen Wärmeaustauschern sein mcgen, so besteht nach der Erfindung jederzeit die Möglichkeit, sich diesen Bedingungen anzupassen. Es kann die Zahl und Höhe der Rippen verändert werden. Es kann die Länge des Strömungsweges durch Verkürzen oder Verlängern der Schraubenform geändert werden. Durch Veränderung der Ringkanalsektoren kann sowohl die Relativgeschwindigkeit als auch die Absolutgeschwindigkeit und die Temperaturdifferenz geändert werden. Es kann z. B. jede Gruppe von Ringkanälen nur aus einem einzigen Kanal bestehen. Es kann auch in Fällen, wo ein Gas stark abgekühlt wird und sich während seines Strömens durch den Vorwärmer stark zusammenzieht, trotzdem eine gleichmäßige Strömungsgeschwindigkeit aufrechterhalten werden, wenn die Rippen am kälteren Ende dichter aneinanderliegen als auf der heißen Seite.
  • Bei Vorrichtungen, in denen der Strömungsweg verhältnismäßig lang ist und durch eine große Anzahl von Ringkanalgruppen führt, kann die Wirkung der Reibung zu einer unerwünschten hohen Geschwindigkeit führen, wenn das strömende Mittel auf seinem ganzen Wege in Richtung der Rotordrehung strömt, wie es in Fig. 4 der Fall ist. Dieser Gefahr kann leicht begegnet werden, indem die Strömungsrichtung in einer Anzahl von Sektoren umgekehrt wird. Wie dies durchgeführt wird, ist in Fig. 5 bis 7 dargestellt. Im wesentlichen ist die Anordnung die gleiche wie vorher beschrieben, und gleiche Teile sind in diesen Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen. Der Unterschied besteht darin, daß einzelne Stege 78a um annähernd 90° zu den anderen Stegen 78 versetzt angeordnet sind, so daß das Gas an einer Stelle zwei benachbarte Gruppen von Ringkanälen durchfließt und seine Richtung um 180° ändert, wie aus den eingezeichneten Pfeilen 100a deutlich ersichtlich ist. In diesen Kammern, in denen der Strom sich entgegen der Rotordrehung bewegt, wird die Reibung eine verlangsamende Wirkung ausüben, und bei entsprechender Auswahl der Menge solcher Kammern kann ohne Schwierigkeit die durchschnittliche Geschwindigkeit der Strömung bestimmt werden.
  • Wie bereits vorher festgestellt, sollen die Ringkanäle relativ zu ihrer Breite sehr tief sein. Wenn dies der Fall ist, besteht die Gefahr, daß das durch die Öffnungen 82 bzw. 84 strömende Gas beim Vorbeistreichen an den Zinken 72 der kammartigen Schaufelglieder 70 den kürzesten Weg wählt und so nur einen Teil der unteren Rinne der Ringkanäle bestreicht. Dies ist leicht dadurch zu beseitigen, daß neben den lammartigen Schaufelgliedern 70 bzw. 66 in ihrer Länge abgestufte Führungsbleche 102 bzw. 104 angeordnet werden, die das strömende Mittel sofort nach Passieren der Eintrittsöffnung und vor dem Austritt durch die Auslaßöffnung auf den Grund der Ringkanäle zwingen. Selbstverständlich können statt des nur einen dargestellten Führungsbleches deren mehrere, in der Länge entsprechend abgestufte Führungsbleche angeordnet sein, die gegebenenfalls eine in die gewünschte Strömungsrichtung gebogene Leitform besitzen.
  • In manchen Fällen ist es auch zweckmäßig, die Einlaßöffnungen 82 im Querschnitt größer zu halten als die Auslaßöffnungen 84.
  • Der dargestellte Vorwärmer bringt naturgemäß durch eine beliebige Antriebsmaschine die nötige Kraft für die eigene Drehung und die Bewegung der Strömungsmittel auf. Es ist jedoch nicht erforderlich - wie bei den bekannten Vorrichtungen - außer dieser Antriebsmaschine noch besondere Ventilatoren oder Exhaustoren vorzusehen, um die strömenden Mittel zu bewegen. Die beschriebene Vorrichtung ist vielmehr in der Lage, besondere Zugluft- und Abgasventilatoren völlig entbehrlich zu machen bzw. den Kraftverbrauch derartiger Ventilatoren stark herabzusetzen, da sie selbst diese beiden Funktionen gleichzeitig ausübt.
  • In den bisherigen Darstellungen ist die Konstruktion so durchgeführt, daß das Strömungsmittel im allgemeinen in axialer Richtung von und nach den Enden des Rotors fließt. Diese Ausführung kann jedoch, wie in Fig. 8 bis 10 gezeigt ist, geändert werden, indem man dem Strom einen anderen Weg gibt. Nach dieser Ausführung ist die allgemeine Anordnung des Rotors und des feststehenden Gehäuses dieselbe wie in Fig. 1, und die gleichen Teile tragen wieder dieselben Bezugszeichen. Nach dieser Konstruktion erstrecken sich die kammartigen Schaufelglieder, die die sich in die Ringkanäle erstreckenden Zinken tragen, nicht über die ganze Länge des Rotors, sondern nur über Teillängen (vgl. 70a., 70b, 70c, 70d und 70e in Fig. 8). Jedes dieser Schaufelglieder ist von der gleichen Ausdehnung wie eine Gruppe von Ringkanälen, deren Anzahl beliebig ist. Eine entsprechende Anzahl Gruppen von kastenähnlichen Deckteilen 106 und 108, deren Böden 94 der vorher beschriebenen Deckteilen 74 und 88 entsprechen, sind über den inneren und äußeren Ringkanälen 24 bzw. 28 angeordnet. Die Abschlußwände 110 und 112 dieser kastenartigen Teile begrenzen längs des Rotormantels die Einlaß- und Auslaßöffnungen 82 bzw. 84, die mit den Sektoren der Ringkanäle in Verbindung stehen, während die Seitenwände 114 und 116 die axiale Ausdehnung der Öffnungen begrenzen. Infolge der am Umfang verlaufenden entsprechenden Krümmung der einander angrenzenden verschiedenen Serien der kastenartigen Teile stehen die Austrittsöffnungen mit einer Gruppe von Ringkanälen in Verbindung, die wiederum in axialer Richtung mit den Eintrittsöffnungen der nächstangrenzenden Ringkanalgruppe durch die axial verlaufenden Kammern 118 in- Verbindung stehen. Jede von diesen ist abgegrenzt durch einen Schaufelteil, die Seitenwand von zwei der angrenzenden kastenartigen Teile und der inneren oder äußeren Gehäusewand 32 oder 38.
  • In Fig. 8 ist der Verlauf der Strömung durch Pfeile 120 angedeutet. Aus diesen ist ersichtlich, daß die allgemeine Richtung des Strömungsweges mehr schraubenförmig um die Rotortrommel verläuft als in axialer Richtung, wie dies bei der Anordnung nach Fig. 1 der Fall ist. Auch bei dieser Ausführung sind Führungsbleche 102 und 104 vorgesehen, die die gleiche Aufgabe haben wie bei den- vorher beschriebenen Ausführungsformen.
  • In der in Fig. 8 gezeigten Anordnung verläuft der Gasstrom immer in der Richtung der Rotorbewegung. Aus den vorher bereits erklärten Gründen kann es wünschenswert werden, einen Gegenstrom des Gases in einer oder mehreren Ringkanalgruppen hervorzurufen. Eine entsprechende Anordnung hierfür wird in Fig. 11 gezeigt, nach der einige Schaufelglieder 70 und Kastenteile 106 in solcher Anordnung zueinander gezeigt werden, daß sich die Richtung der Strömung des Gases, wie durch Pfeile 122 angedeutet, umkehrt.
  • In Fig. 12 und 13 wird die Erfindung an einer anderen Rotorform dargestellt als in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen.
  • Bei dieser Ausführung trägt die Rotorwelle 200 eine Scheibe 202, die abwechselnd eine Vielzahl von strahlenförmig angeordneten, konzentrischen, zylindrischen Rippen 204 und 206 an ihren gegenüberliegenden Seiten trägt, durch die eine Vielzahl von kreisförmigen, zylindrischen Ringkanälen 208 bz«-. 210 entsteht. Das feststehende Gehäuse 212 besteht aus einer äußeren zylindrischen Schale 214, die ein abdichtendes Lager 216 für die Scheibe 202 trägt sowie aus den Seitenwänden 218 und 220. Das Gehäuse besitzt weiterhin einen Einlaßkanal 222 für die zu wärmende Luft, welcher in Verbindung steht mit dem kreisförmigen Raum 224 unmittelbar um die Rotorwelle auf einer Seite der Scheibe 202. Außerdem besitzt das Gehäuse einen Austrittskanal 226, der mit einem am Umfang des Gehäuses neben der Seitenwand 220 umlaufenden Kanal 228 verbunden ist. Die Seitenwand 220 trägt innen eine Vielzahl von Sätzen von kammartigen Schaufelgliedern 230, deren Zinken 232 in die Ringkanäle 208 hineinragen. Die Sätze von Schaufelgliedern sind auf Ringflächen verschiedenen Durchmessers verteilt und in bezug auf die angrenzenden Schaufelsätze auf der benachbarten Ringfläche größeren Durchmessers versetzt angeordnet, wie es aus Fig. 13 zu ersehen ist, und zwischen angrenzenden Schaufeln jeder der Sätze sind kastenartige Deckteile 234 angebracht, die gleicherweise gruppenweise auf Ringflächen verschiedenen Durchmessers untergebracht und in Richtung des Umfanges versetzt gegeneinander angeordnet sind. Diese Deckteile 234 sind in Form und Funktion ähnlich den kastenartigen Deckteilen in Fig. 8 und haben Seitenwände, die die Einlaß- und Auslaßöffnungen 236 und 238 mit den Sektoren der Ringkanäle zwischen angrenzenden Schaufelgliedern desselben Satzes in Verbindung bringen. Wie weiterhin aus Fig. 13 zu ersehen ist, sind die Deckteile 234 auf zwei angrenzenden Ringflächen derartig verteilt, daß die Einlaßöffnungen, die in die Ringkanäle auf der einen Ringfläche führen, strahlenförmig zu den Auslaßöffnungen auf der anderen Ringfläche angeordnet sind. Ebenso sind auch die Überströmräume 240 zwischen den Ein- und Auslaßöffnungen strahlenförmig angeordnet, entsprechen aber im übrigen in ihrer Funktion und in ihrer Beziehung zu den anderen Teilen genau den Kammern 86 der erstbeschriebenen Form.
  • Aus einem Vergleich der Fig. 13 und 8 ist zu ersehen, daß die Anordnung im Prinzip bei beiden die gleiche ist. Die Verschiedenheit besteht nur darin, daß die beiden Medien in der Anordnung nach Fig. 13 in spiralförmiger Richtung strahlenförmig (s. Pfeile 242), von dem Rotor aus strömen, anstatt schraubenförmig in axialer Richtung wie bei der Ausführung nach Fig. B. In der vorliegenden Darstellung besitzt das Gehäuse einen Einlaßkanal244 und einen Auslaßkanal 254 für das Verbrennungsgas. Dieser ist mit kreisförmigen Räumen 246 zur Verteilung des Gases zu den strahlenförmig angeordneten äußersten Ringkanälen verbunden; die Gehäusewand 218 trägt wiederum Schaufelglieder 248 mit Zinken 250, die in die Ringkanäle 210 eingreifen. Weiterhin trägt die Gehäusewand kastenförmige Deckteile 252. Die Anordnung dieser Schaufelglieder und Deckteile ist wieder die gleiche wie vorher, so daß es sich erübrigt, näher hierauf einzugehen. Die Verschiedenheit der Ausbildung auf den beiden Seiten der Scheibe 202 besteht darin, daß auf der einen Seite die Strömung des Gases in radialer Richtung von der Rotorachse nach außen, auf der anderen Seite von außen in radialer Richtung nach innen verläuft. Beide Strömungen bewegen sich jedoch nicht in gerader radialer Richtung, sondern annähernd spiralförmig. Ebenso wie in der Ausführung nach Fig. 1 bewegen sich die beiden Medien demnach in entgegengesetzter Richtung und ebenfalls wieder so, daß zunächst die kalte Luft mit dem bereits abgekühlten Abgas zum Wärmeaustausch kommt und die bereits angewärmte Luft mit dem noch heißen Abgas. Auch hier kann wie vorher durch entsprechende Anordnung der Deckkammern und. Schaufelglieder eine Umkehrung der Strömungsrichtung in einem Teilgebiet der Strömung durchgeführt werden. Ebenso können auch die Einlaßöffnungen wieder größer gehalten werden als die Auslaßöffnungen, und ebenso können wieder in der Länge abgestufte Führungsbleche beliebiger Anzahl vorgesehen werden.
  • Selbstverständlich sind mit Erfolg die besonderen Merkmale der Erfindung auch dann anzuwenden, wenn aus besonderen Gründen Ventilatoren vorgesehen werden müssen, um das strömende Mittel zu einer Strömung in entgegengesetzter Richtung zur Drehung des Rotors zu -zwingen. Bei solchen Betriebsbedingungen ist es einleuchtend, daß der Luftvorwärmer in den vorbeschriebenen Formen ausgeführt wird, in denen die Richtung des Strömungsmittels umgekehrt wird.
  • Naturgemäß können die Wärmeaustauschvorrichtungen nach der Erfindung auch zur Wärmeübertragung zwischen gasförmigen und flüssigen Mitteln oder zwischen zwei verschiedenen Flüssigkeiten benutzt werden.

Claims (11)

  1. hATI_\TA\SPRI*,C:lll: 1. Vorrichtung zur Wärmeübertragung von einem gasförmigen oder flüssigen Medium zu einem anderen vermittels eines umlaufenden Ro,' tors, insbesondere Vorwärmer für Verbrennungsluft durch Abgase, bei der der Rotor von einem festen Gehäuse umschlossen und gegen dieses abgedichtet ist und die wärmeübertragende Fläche bildet, welche beiderseitig Rippen trägt, die als Ringe an den Rotorflächen angeordnet sind und zwischen sich entsprechende, mit der Drehachse des Rotors konzentrische Ringkanäle bilden, durch die einerseits das heiße Medium, auf der andern Seite das zu erwärmende Medium geführt wird, wobei die Ringkanäle durch kammartige Schau%elglieder mit in die Tiefe der Kanäle hineinreichende Zinken in Gruppen unterteilt werden, dadurch gekennzeichnet, daß auf beiden Seiten des Rotors Überströmräume für das betreffende Medium gebildet sind, die das Medium von Ringkanalgruppe zu der nachfolgenden Ringkanalgruppe so leiten, daß eine schraubenförmige Bewegung der Medien entlang der Rotorfläche erfolgt.
  2. 2. Vorrichtung zur Wärmeübertragung nach Anspruch 1, bei der der Rotor eine zylindrische Mantelfläche aufweist und das Gehäuse entsprechend ausgebildet ist und bei der die Ringkanäle bildenden Rippen radial an der inneren und äußeren Mantelfläche des Rotors angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den die Ringkanäle (24, 28) unterteilenden, axial zur Mantelfläche des Rotors verlaufenden kammartigen Schaufelgliedern (66, 70) schmalere Deckplatten (74) so auf den Rippen (22, 26) liegen, daß zwischen ihren Kanten und den Schaufelgliedern die Überströmräume (86, 96) zwischen den Durchströmöffnungen (82, 84) für die strömenden Mittel entstehen.
  3. 3. Vorrichtung zur Wärmeübertragung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß neben den Zinken (68, 72) der kammartigen Schaufelglieder (66, 70) in der Länge abgestufte Führungsbleche (102, 104) angeordnet sind.
  4. 4. Vorrichtung zur Wärmeübertragung nach den Ansprüc'ieii 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Überströniräume (86, 96) seitlich durch Stege (78, 80) begrenzt sind, die mit der Rohrachse einen Winkel bilden (Fig. 4).
  5. 5. Vorrichtung zur Wärmeübertragung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß einzelne Stege (78a) um annähernd 90° zu den anderen Stegen (78) angeordnet sind (Fig. 5).
  6. 6. Vorrichtung zur Wärmeübertragung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet. daß das Gehäuse einen Innenzylinder (30) besitzt, dessen Mantel (32) mit dem Rotormantel (18) einen Ringraum (60) bildet, der mit dem Zylinderinneren (30) durch Öffnungen (36) in Verbindung steht.
  7. 7. Vorrichtung zur Wärmeübertragung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringraum (60) zwischen Rotormantel (18) und Innenzylindermantel (32) mit einem Auslaßkanal (58) in Verbindung steht, während der Ringraum zwischen Rotormantel (18) und Außengehäuse (38) mit einem Einlaßkanal (44) und einem Auslaßkanal (52) in Verbindung steht, derart, daß die in den Innenzylinder durch einen Stutzen (34) eintretende kalte Luft zunächst mit den bereits abgekühlten Abgasen in der Nähe des Auslaßkanals (52) zum Wärmeaustausch kommen, während die bereits wärmere Luft mit den noch heißen Abgasen in der Nähe von deren Einlaßkanal (44) zum Wärmeaustausch kommt (Fig. 1). Ü.
  8. Vorrichtung zur Wärmeübertragung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor aus einer Scheibe (202) besteht, an der auf beiden Seiten die Rippen (204, 206) konzentrisch angeordnet sind, welche die kreisförmigen Ringkanäle bilden, in denen die kammartigen Schaufelglieder (230, 248) in radialer Anordnung gegenüberstehen, und daß zur Begrenzung der überströmräume (240) kastenartige Deckteile (234). vorgesehen sind, die in Richtung des Umfanges derart gegeneinander versetzt angeordnet sind, daß das in Rotorachsennähe durch einen Stutzen (222) einströmende Medium auf einem spiralförmigen Wege auf der einen Seite der Rotorscheibe (202) radial nach außen in den Auslaßkanal (226) strömt, während das andere Medium an der anderen Seite der Scheibe (202) vom Umfang der Scheibe her durch einen Kanal (244) einströmende ebenso auf einem spiraligen Wege radial nach innen strömt und aus einem Kanal (254) in Rotorachsennähe wieder austritt (Fig, 12, 13).
  9. 9. Vorrichtung zur Wärmeübertragung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die kastenartigen Deckteile (234) so angeordnet sind, daß die Medien im Sinne der Rotordrehung oder umgekehrt strömen oder daß sie nach einem Teil des Weges ihre Strömungsrichtung ändern, wobei sie wahlweise in gleichem oder entgegengesetztem Sinne geleitet werden können.
  10. 10. Vorrichtung zur Wärmeübertragung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei in der Querrichtung der Rippen angebrachte Serien kammartiger Schaufelglieder, von welchen die kammartigen Schaufelglieder (70a bis 70e, Fig. 8 bis 10) der einen Serie mit in die Ringkanäle hineinreichende Zinken versehen sind, während die übrigen (110 bzw. 112) keine Zinken aufweisen und von welchen die kammartigen Schaufelglieder der ersten Serie absatzweise der Reihe nach in der Richtung der Rippen verschoben sind und zwischen jedem Paar von mit Zinken versehenen kammartigen Schaufelgliedern in Absatz Paare von den kammartigen Schaufelgliedern der anderen Serie etwas entfernt von den entsprechenden, mit Zinken versehenen kammartigen Schaufelgliedern angeordnet und mit einer die Rippen überdeckenden Deckfläche (74 bis 88) verbunden sind, so daß zwischen den Kanten der Deckfläche und den mit Zinken versehenen kammartigen Schaufelgliedern axial verlaufende Kammern für das Strömungsmedium entstehen, deren Umfang in der Querrichtung der Rippen von entsprechend angeordneten Seitenwänden (114, 116, Fig. 8) begrenzt sind.
  11. 11. Vorrichtung zur Wärmeübertragung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Arten kammartiger Schaufelglieder (70a bis 70 e und 110 bzw. 112) so angeordnet sind, daß das Strömungsmedium eine schrauben-oder spiralförmig (Fig. 8 bis 10) oder zickzaclcförinig (Fig. 11) verlaufende Bahn im Verhältnis zu den Flächen des Rotors beschreibt. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 723 688; französische Patentschrift Nr. 967 485.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE723688C (de) * 1938-10-22 1942-08-08 Paul H Mueller Dr Ing Umlaufender, von Gasen umspuelter zylindrischer Waermeaustauscher, insbesondere fuer Speisewasser
FR967485A (fr) * 1947-06-11 1950-11-03 Ljungstroms Angturbin Ab Perfectionnements au refroidissement de pièces rotatives

Patent Citations (2)

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DE723688C (de) * 1938-10-22 1942-08-08 Paul H Mueller Dr Ing Umlaufender, von Gasen umspuelter zylindrischer Waermeaustauscher, insbesondere fuer Speisewasser
FR967485A (fr) * 1947-06-11 1950-11-03 Ljungstroms Angturbin Ab Perfectionnements au refroidissement de pièces rotatives

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