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Als trommelförmiger Gebläseläufer ausgebildeter Wärmetauscher Die
Erfindung bezieht sich auf einen als trommelförmiger Gebläseläufer ausgebildeten
Wärmetauscher, dessen hohle Schaufeln innen von einem ersten Wärmeträger durchströmbar
sind, die außen wärmeleitend mit kreis- oder kreisringförmigen, koaxial zur Drehachse
des Gebläseläufers angeordneten Scheiben verbunden und zur Förderung eines zweiten
Wärmeträgers vorgesehen sind, der durch die Wände der Schaufeln und der Scheiben
mit dem ersten Wärmeträger im Wärmetausch steht.
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Bei feststehenden Wärmetauschern, beispielsweise Lamellenkühlern,
ist es bekannt, daß die einzelnen Scheiben dünnwandige, einstückige, als hohle Schaufelabschnitte
ausgebildete Ansätze aufweisen, die in Richtung der Drehachse aneinandergefügt die
Strömungskanäle für den einen Wärmeträger bilden. Die Herstellung eines derartigen
Wärmetauschers stellt einen sehr komplizierten und langwierigen Vorgang dar, da
die einzelnen Scheiben bzw. Strömungskanalabschnitte jeweils während der Verbindung
zweier aufeinanderfolgender Scheiben bzw. Strömungskanalabschnitte in genauer Fluchtung
gehalten werden müssen.
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Dabei kann jeweils zum gleichen Zeitpunkt nur eine weitere Scheibe
angesetzt werden und erst nach deren Befestigung durch Anlöten od. dgl. die Anfügung
einer weiteren Scheibe in Angriff genommen werden. Wird ein solcher Wärmetauscher
als trommelförmiger Gebläseläufer ausgebildet, so muß die Verbindung zwischen den
einzelnen Schaufelabschnitten außerordentlich stabil sein, da sie beim Betrieb des
Wärmetauschers starken Drehmomenten unterworfen ist. Da außerdem die Wärmeträger
unter einem gewissen Druck stehen, kann infolge der auftretenden Drehmomente an
den Verbindungsstellen leicht ein Bruch auftreten, welcher eine Reparatur des Wärmetauschers
nötig macht.
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Zur Erleichterung des Zusammensetzens und zur Erhöhung der Stabilität
ist es bei feststehenden Wärmetauschern bekannt, nebeneinanderliegende Rippen auf
beiden Seiten mit einstückigen Ansätzen zu versehen, wobei. die in eine Richtung
weisenden Ansätze jeweils genau in die in entgegengesetzter Richtung weisenden Ansätze
einer entsprechenden Scheibe passen. Diese Bauweise erleichtert jedoch die obengenannten
Schwierigkeiten nur unwesentlich und erfordert zudem, daß die einzelnen Scheiben
bzw. Rippen zu beiden Seiten mit hohlen Ansätzen versehen werden. Außerdem ist diese
bekannte Anordnung nicht ohne weiteres auf die weiter unten beschriebenen verbesserten
Ausführungsformen von Wärmetauschern gemäß der Erfindung zu übertragen. Die Erfindung
hat demgegenüber die Schaffung von Wärmetauschern zur Aufgabe, bei welchen die angegebenen
Schwierigkeiten vermieden werden, indem ein schneller und vollständiger stabiler
Zusammenbau der einzelnen Teile ermöglicht wird. Durch die Maßnahmen der Erfindung
soll es auch möglich sein, zur Erzielung eines wesentlich besseren Wärmetausches
im Vergleich zu bekannten Wärmetauschern komplizierte Ausführungsformen von Wärmetauschern
'zu schaffen, deren Herstellung in der bekannten Art nur mit außerordentlichen Schwierigkeiten
und in unwirtschaftlicher Weise möglich wäre.
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Die Erfindung löst diese Aufgabe, ausgehend von der eingangs genannten
bekannten Gattung von Wärmetauschern, dadurch, daß die Scheiben in an sich bekannter
Weise dünnwandige, einstückige, als hohle Schaufelabschnitte ausgebildete Ansätze
aufweisen, die in Richtung der Drehachse aneinandergefügt die hohlen Schaufeln des
Gebläseläufers bilden, und daß durch aneinandergefügte Abschnitte hohler Schaufeln
Spannbolzen gezogen sind.
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Durch die Anordnung derartiger Spannbolzen wird eine außerordentlich
rasche und gute Zentrierung der einzelnen Scheiben und Schaufelabschnitte erreicht,
und es können, wenn erwünscht, sämtliche Scheiben bzw. Schaufelabschnitte gleichzeitig
miteinander verbunden, beispielsweise verlötet werden. Die Spannbolzen erteilen
der ganzen Anordnung eine weit über das bekannte Maß hinausgehende Festigkeit. Beispielsweise
kann durch zwei einander diametral gegenüberliegende Schaufeln je ein Spannbolzen
gezogen sein.
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Bei vorteilhaften Ausgestaltungen der Erfindung ist vorgesehen, im
Inneren der Schaufelabschnitte Ansätze zur Anlage für die Spannbolzen vorzusehen.
Weiter wird in Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen, die Spannbolzen dem Innenprofil
einer Schaufel anzupassen.
Durch die erfindungsgemäße Maßnahme wird
auch ermöglicht, zur Verbesserung des Wärmetauschers noch kompliziertere Ausführungsformen
eines Wärmetauschers der geschilderten Art herzustellen, bei welchen je zwei nebeneinanderliegende
Scheiben unter Bildung eines Hohlraumes zwischen denselben zusammengefaßt werden
und die nach außen weisenden Seiten der Scheiben mit einstöckigen Schaufelansätzen
versehen sind, deren freie Enden mit freien Enden der Schaufelansätze entsprechend
zusammengefaßter Einheiten verbunden werden. Dadurch Werden kreis- bzw. kreisringförmige
Hohlräume gebildet, durch welche der erste Wärmeträger von einer Schaufel zur anderen
übertreten kann, ohne bis ans Ende der Schaufel zu strömen. Die Herstellung eines
derartigen Wärmetauschers ist ohne die erfindungsgemäße Maßnahme außerordentlich
schwierig, da sie einer genauen Fluchtung der freien Enden der aufeinanderzusetzenden
Schaufelabschnitte bedarf. Außerdem ist auch die Stabilität des Wärmetauschers verhältnismäßig
gering, wenn sie nur durch die Verbindung der verhältnismäßig dünnen Schaufelabschnittwände
erzeugt wird.
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An Hand der Figuren wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert.
Es zeigt F i g. 1 einen Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel, dessen Läufer
außen einen gasförmigen zweiten Wärmeträger fördert und dessen Läuferschaufeln innen
von einem flüssigen ersten Wärmeträger durchströmt werden; hierbei ist der Schnitt
so gelegt, daß keine Schaufel, die einen Spannbolzen enthält, geschnitten ist, F
i g. 2 einen perspektivischen Ausschnitt eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen
Trommelläufers, welcher Ausschnitt Teile von zwei zweiteiligen Läuferscheiben darstellt,
und F i g. 3 einen perspektivischen Ausschnitt von zwei zweiteiligen Läuferscheiben
nach F i g. 2 in auseinandergezogener Form.
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Gemäß F i g. 1 ist an einer über ein Keilriemenrad 1 antreibbaren
Welle 2, die in mit einem Gehäuse 3 verbundenen Lagern 4 gelagert ist, fliegend
ein trommelförmiger Gebläseläufer 5 angeordnet. Dieser ist aus in Richtung der Drehachse
6 in Abständen aneinandergereihten kreisringförmigen Scheiben 7 zusammengesetzt,
die auf ihrem Umfang gleichmäßig verteilt nach einer Seite herausragende hohle Ansätze,
nämlich die Vorsprünge 8, haben, die, aneinandergereiht und dicht miteinander verbunden,
hohle Schaufeln 9 des Gebläseläufers ergeben. Eine auf der Seite der Lager 4 befindliche
Stirnwand des Gehäuses 3 hat im Bereich der hohlen Schaufeln 9 eine kreisringförmige
Aussparung 10, in die eine im Querschnitt kreisringförmige und im Längsschnitt kappenförmige
Abdeckung 11 hineinragt, die mit einer Endscheibe 12 des Gebläseläufers 5 verbunden
ist und die die Mündungen 13 sämtlicher hohler Schaufeln 9 miteinander verbindet.
Die aufeinanderfolgenden Schaufeln 9 dienen abwechselnd dem Hinlauf und dem Rücklauf
des ersten Wärmeträgers. Zu diesem Zweck ist auf einer von der Endscheibe 12 abgewandten
Endscheibe 14 des Läufers 5 eine Abdeckung 15 aufgesetzt, deren Finger 16 jede zweite
Mündung der Schaufeln 9 erfaßt, wie dies in der linken Hälfte der F i g. 1 dargestellt
ist.
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Auf der mit den Fingern 16 versehenen Abdeckung 15 sitzt eine dicht
mit der Endscheibe 14 verbundene Haube 18, in die die nicht von den Fingern 16 erfaßten
Schaufelmündungen einmünden. Der Zu- und Abfluß des ersten Wärmeträgers erfolgt
über zwei feststehende, in nicht näher dargestellter Weise mit dem Gehäuse 3 verbundene
Rohre 20 und 21, von denen das Rohr 20 koaxial zur Drehachse 6 orientiert ist und
von außen durch eine ebenfalls koaxiale Öffnung in der Haube 18 hindurch zu einer
kreisförmigen Öffnung 22 in der Abdeckung 15 führt. Das in die Öffnung 22 mündende
Ende des Rohres 20 ist mit einer großflächigen Scheibe 23 verbunden, die einer Außenfläche
der Abdeckung 15 mit sehr geringem Abstand gegenübersteht und eine Drehdichtung
zwischen Rohr 20 und Abdeckung 15 bildet. Das senkrecht auf das Rohr 20 zulaufende
Rohr 21 mündet in einer koaxial zum Rohr 20 und der Drehachse 6 orientierten, in
axialer Richtung kurzen Kammer 24, die einen Flansch 25 trägt, der zusammen mit
einem Flansch 26 der koaxialen Öffnung der Haube 18 ebenfalls eine Drehdichtung
zwischen der Kammer 24 und der Haube 18 bildet. Auf diese Weise sind die einen Schaufelmündungen
mit dem Rohr 20 und die anderen Schaufelmündungen mit dem Rohr 21 verbunden. Im
Raum zwischen der Endscheibe 14 und der Abdeckung 15 ist ein mit der Abdeckung 15
verbundenes und daher mit dem Gebläseläufer 5 umlaufendes Radialrad 27 angeordnet,
das den im Rohr 20 zufließenden ersten Wärmeträger in den ersten Satz hohler Schaufeln
fördert. Im Raum zwischen der mit dem Rohr 20 verbundenen feststehenden großflächigen
Scheibe 23 und der mit dem Gebläseläufer 5 rotierenden Haube 18 ist mit der Scheibe
23 ein Drallnehmer 28 verbunden, der dem aus dem zweiten Satz Schaufeln abfließenden
ersten Wärmeträger seine Rotationsenergie entzieht und den außen in den Schaufeln
herrschenden Fliehkraftdruck im achsnahen Bereich um das Rohr 20 herum aufrechterhält.
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Die F i g. 2 und 3 zeigen Ausschnitte aus Kreisringscheiben 60, 61,
62 und 63 eines trommelförmigen Gebläseläufers eines Ausführungsbeispiels, bei dem
ebenfalls wie bei der in F i g. 1 dargestellten Anordnung die hohlen Schaufelabschnitte
64, 65 aus Ansätzen der Scheiben gebildet sind. Hier finden jedoch im Gegensatz
zu F i g. 1 abwechselnd zueinander spiegelbildlich geformte Kreisringscheiben Anwendung,
deren Innen- und Außenränder 66, 67 zwecks Bildung von zwischen zwei Scheiben ringförmig
verlaufenden Kanälen nach innen gekröpft sind. Die Kreisringscheiben sind in der
Weise aufeinandergeschichtet, daß aufeinanderfolgende Kreisringscheiben abwechselnd
mit ihren vorspringenden Innen- und Außenrändern 66, 67 und mit den freien Enden
68, 69 der hohlen Schaufelabschnitte 64, 65 miteinander verbunden sind. Die aufeinandergeschichteten
Scheiben des Gebläseläufers werden durch achsparallel verlaufende Spannbolzen 74
zentriert, die durch hohle Schaufeln, hindurchgehen und zwischen Anlageflächen an
den Innenkanten der Schaufelabschnitte 64, 65 geführt sind. Beim Aufeinanderschichten
der Scheiben werden zunächst zwei mit den freien Enden 68, 69 ihrer Ansätze aneinanderstoßende
Scheiben, z. B. die Scheiben 62 und 61, durch Löten oder Schweißen der Berührungsstellen
dicht miteinander verbunden und sodann auf den durch Spannbolzen 74 zentrierten
Stapel aufgesetzt, wonach die Innen- und Außenränder 66, 67 der unteren der beiden
Scheiben, z. B.
der Scheibe 62, mit den entsprechenden Rändern der
obersten Scheibe des Stapels, z. B. der Scheibe 63, durch Löten oder Schweißen verbunden
werden.
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Die Kreisringscheiben haben zwischen je zwei hohlen Schaufelabschnitten
64 bzw. 65 etwa radial verlaufende leistenförmige Vorsprünge 70, die in den Raum
des Ringkanals hineinragen. Die Vorsprünge 70 im Ringkanal wirken als Barriere für
den ersten Wärmeträger, da sie den Strömungswiderstand im Ringkanal erhöhen. Die
leistenförmigen Vorsprünge 70 lassen zwischen sich selbst eine Lücke 72 und zwischen
sich und den vorspringenden Innen- und Außenrändern 66, 67 Lücken 73 für den Durchtritt
des ersten Wärmeträgers, der vermöge des Ringkanals von einer Schaufel in benachbarte
Schaufeln übertreten kann, ohne bis zum fernen Ende einer Schaufel strömen zu müssen
(vgl. die Abdeckung 11 in F i g. 1).