DE2216586A1 - Umlaufender waermeaustauscher - Google Patents

Description

PATENTANWALTS BÜRO ThOMSEN - TlEDTKE - BüHLING

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PATENTANWÄLTE München: Frankfurt/M.:

Dipl.-Chem. Dr, D. Thomsen Dipl.-Ing. W. Weinkauff

Dipl.-Ing. H. Tiedtke (Fuchehohl 71)

Dipl.-Chem. G. Bühling Dipl.-Ing. R. Kinne Dipl.-Chem. Dr. U. Eggers

8000 München 2 Kaiser-Uidwig-Platz6 6. April 1972

Nissan Motor Company, Limited Yokohama.City, Japan

Umlaufender Wärmeaustauscher

Die Erfindung bezieht sich auf umlaufende Wärmeaustauscher.

Der umlaufende Wärme aus tauscher, auf den sich" die vorliegende Erfindung insbesondere bezieht, besitzt eine allgemein zylindrische Rotoreinheit, die irit einer zentralen Antriebswelle drehbar ist. Die Rotoreinheit besitzt ein Paar im Abstand stehender Endplatten und eine Anzahl von länglichen Ilohlschaufeln, die sich zwischen den'Endplatten parallel zu der zentralen Antriebswelle erstrecken, Diese Kohlschaufeln sind gewöhnlich in gleichen; Abstand voneinander radial um die Antriebswelle angeordnet. Die Kohlschaufeln .erstrecken sich durch eine Anzahl von Finnen oder ringförmigen Scheiben, die in einem merk-

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lichen Abstand voneinander zwischen den im Abstand stehenden Endplatten gestapelt sind. Die Hohlschaufeln und diese Finnen sind gewöhnlich mittels eines Lötmittels starr miteinander verbunden. Eine Gruppe von abwechselnd aufeinanderfolgenden Hohlschaufeln soll Kanäle für einströrrende je nach dem Anwendungsfall zu kühlende oder zu erwärmende Fluidströme bilden, während die andere Gruppe Hohlschaufeln, die ebenfalls abwechselnd aufeinander folgen, zur Bildung von Kanälen für ausströmende Fluidströme benutzt wird. Zwei benachbarte hohlschaufeln stehen in einer Strömungsumkehrkammer miteinander in Verbindung, die diesen beiden Hohlschaufeln besonders zugeordnet ist.

Dabei ist es nachteilig, daß die hereinströmenden und herausströmenden Fluidströme durch die Hohlschaufeln geführt werden, die voneinander in Abstand stehen. Zwischen jeweils zwei der Hohlschaufeln wird eine beträchtliche Tenperaturdifferenz verursacht, die die Übertragung von Wärme zwischen den Hohlschaufeln und einem Fluidstrorn verschlechtert, der durch die Rotoreinheit zürn Abkühlen oder Erwärmen der Schaufeln läuft. Dies führt zu einer Beschränkung der Wärmeaustauschfähigkeit, die durch die bekannten umlaufenden Wärmeaustauscher erhältlich ist. Da ferner die Kanäle für einlaufende und auslaufende Ströme umfangsmäßig aufeinander folgen, werden die in Berührung mit den hohlschaufeln befindlichen Finnen unregelmäßiger V/ärnieverteilung unterworfen, was zu in jeder der Finnen erzeugten ungewöhnlichen Wärnespannungen führt. Starre Verbindungen wiederstehen solchen ungewöhnlichen Wärmespannungen; jedoch die Verbindungen, die gewöhnlich durch Löten gebildet werden, können durch solche

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Wärmespannungen zerstört werden, so daß die Hohlschaufeln und Finnen voneinander gelöst werden.

Die Verwendung der getrennten und zahlreichen StrÖrnungsumkehrkammern führt zu einer erhöhten Anzahl an Fertigungs- und Zusammenbaustufen bei der Herstellung des umlaufenden Wärmeaustauschers.

Mit der Erfindung sollen somit all diese Nachteile beseitigt werden, die den bekannten umlaufenden Wärmeaustauschern mit dem beschriebenen allgemeinen Aufbau anhaften.

Mit der Erfindung wird demgemäß ein verbesserter " umlaufender Wärmeaustauscher der beschriebenen Art geschaffen, durch den eine erhöhte Wärmeaustauschfähigkeit erhalten werden kann.

Mit der Erfindung wird ferner ein verbesserter umlaufender Wärmeaustauscher der beschriebenen Art geschaffen, in dem praktisch keine Temperaturdifferenz zwischen den benachbarten beiden Hohlschaufeln der Rotoreinheit verursacht wird.

Ferner wird mit der Erfindung ein verbesserter umlaufender Wärmeaustauscher der beschriebenen Art geschaffen, bei dem die Finnen, die einen Teil der Rotoreinheit bilden, frei von ungewöhnlichen Wärmespannungen sind.

Weiterhin wird mit der Erfindung ein verbesserter 309808/0712

umlaufender Wärmeaustauscher der beschriebenen Art geschaffen, der einfach und wirtschaftlich herzustellen ist.

Dies kann bei einem umlaufenden VJärmeaust aus eher erreicht werden, der allgemein aus einer Antriebswelle, einer mit der Antriebswelle drehbaren Rotoreinheit und einem mit der Rotoreinheit verbundenen Kanalaufbau besteht. Die Rotoreinheit besitzt ein Paar in Abstand stehender Endplatten, eine Anzahl länglicher Hohlschaufeln, die radial um die Antriebswelle angeordnet sind und sich zwischen den im Abstand stehenden Endplatten im wesentlichen parallel zu'der Antriebswelle erstrecken, ein Wandorgan, das zur Bildung einer Ringkammer in der Rotoreinheit an einer der Endplatten befestigt ist, und eine Anzahl von in merklichem Abstand stehenden Finnen, die zwischen den im Abstand stehenden Endplatten gestapelt sind und durch die sich die Hohlschaufeln erstrecken. Jede der Hohlschaufeln bildet getrennte äußere und innere Kanäle, die im wesentlichen einander benachbart sind und an beiden Enden an den im Abstand stehenden Endplatten geöffnet sind. Diese äußeren und inneren Kanäle jeder Hohlschaufel stehen an ihren Enden mit der Ringkammer in Verbindung, die durch das zuvor erwähnte V/andorgan gebildet ist. Der Kanalaufbau ist auf der anderen Endplatte angeordnet, um eine Verbindung zwischen einer Gruppe der äußeren Kanäle in den Hohlschaufeln und einer Fluideinlaßöffnung und eine Verbindung zwischen einer Gruppe der inneren Kanäle und einer Fluidauslaßöffnung zu bilden.

Jede Hohlschaufel kann derart geformt sein, daß sie 3 09808/0712

einen allgemein stromlinienförmigen Querschnitt besitzt und mit ihrem äußeren Ende in Drehrichtung der Rotoreinheit gedreht ist, so daß das äußere Ende dem gegenüberliegenden inneren Ende vorausläuft, wenn sich die Rotoreinheit dreht. Dabei ist jede Hohlschaufel innerlich in äußere und innere Längsabschnitte unterteilt, um die zuvor erwähnten äußeren bzw. inneren Kanäle zu bilden.

Andererseits kann die Hohlschaufel in zwei getrennte Hälften unterteilt sein. Dabei besteht.die Hohlschaufel aus äußeren und inneren hohlen Elementen, die im wesentlichen voneinander im Abstand stehen, wobei das äußere Hohlelement in Drehrichtung der Rotoreinheit gegenüber dem zugehörigen inneren Hohlelement verschoben ist. . .

Weiterhin ist eine Einrichtung vorgesehen, die eine · Differenz des Fluiddrucks in den äußeren und inneren kanälen der Hohlschaufeln positiv verstärken kann. Eine solche Einrichtung kann eine Zentrifugal- oder Zentripetalverwirbelungseinrichtung sein, die in einer geeigneten Weise in dem Kanalaufbau angeordnet ist.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an Ausführungsbeispielen, näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine Vorderendansicht teilweise im-Querschnitt eines umlaufenden Wärmeaustauschers, auf den die Erfindung gerichtet ist;

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Fig, 2 zeigt einen Querschnitt im vergrößertem Maßstab einer vorzugsweise gewählten Ausführungsform des Wärmeaustausehelements oder der Schaufel der Rotoreinheit, die Teil des erfindungsgemäßen Wärmeaustauschers bildet;

Pig, 3 zeigt eine Pig, 2 ähnliche Ansicht einer anderen vorzugsweise gewählten Ausführungsform des Wärmeaustauschelements oder Schaufel; und

Pig, 4 zeigt einen Längsschnitt einer vorzugsweise

gewählten Ausführungsform des erfindungsgemäßen umlaufenden Wärmeaustauschers, der das Wärmeaustauschelement oder die Schaufel nach Fig. 2 oder 3 verwendet.

Zur Erleichterung des Verständnisses der Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen umlaufenden Wärmeaustauschers wird der allgemeine Aufbau und die Betriebsweise des bekannten Wärmeaustauschers, auf den die Erfindung, insbesondere gerichtet ist, zuerst anhand von Fig. 1 erläutert.

Gemäß Darstellung in Fig. 1 besitzt der Wärmeaustauscher dieser besonderen Art eine allgemein zylindrische. Rotoreinhe'it 10, die auf einer Antriebswelle 11 getragen wird und mit dieser drehbar ist, die sich von einem Ende der Rotoreinheit 10 zum anderen erstreckt. Es wird hier angenommen, daß die Rotoreinheit sich um die Antriebswelle 11 im Uhrzeigersinn dreht, wie dies

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mit einem Pfeil A gezeigt ist.

Die Rotoreinheit 10 besitzt in Abstand stehende

Endplatten oder Kopfstücke, die an beiden Enden der Rotoreinheit angeordnet sind; nur eine dieser mit der Bezugsziffer 12 bezeichneten Endplatten, ist in Fig. 1 teilweise gezeigt. Die Rotoreinheit 10 int über diese gegenüberliegenden Endplatten 12 an der Antriebswelle 11 befestigt. Zwischen diesen Endplatten 12 erstreckt sich eine Anzahl ländlicher Hohlschaufeln oder Uärmeaustauschelemente 13, die jeweils einen Strorilinienquerschnitt besitzen, parallel zur Antriebswelle 11. Diese Hohlschaufeln sind im wesentlichen im gleichen Abstand voneinander und radial symmetrisch zur Antriebswelle 11 angeordnet, so daß sie insgesamt gesehen eine Käfigform hab-en. Eine von zwei benachbarten Kohlschaufeln 13 bildet einen Kanal für einen einlaufenden Fluidstrom, während die andere dieser beiden benachbarten Hohlschaufeln einen Kanal für einen auslaufenden Pluidstrom bildet, was im folgenden erläutert wird. Die Hohlschaufeln erstrecken sich durch eine Anzahl von Finnen oder ringförmigen Scheiben I¹J, die in merklichem Abstand voneinander (in Fig. 1 nicht gezeigt) übereinander gestapelt sind. Die Hohlschaufeln 13 sind an diese Finnen IiI angelötet oder in anderer Weise fest mit ihnen verbunden, und ein resultierender Aufbau dieser Hohlschaufeln 13 und Finnen I¹J wird danach während der Produktion platiert. Die benachbarten zwei Hohlschaufeln 13 stehen an ihren Führungsenden über eine StromunKSumkehrk.air.rner 15 miteinander in Verbindung, die auf der Innenseite der Endplatte 12 gebildet ist. Die Strömungsuirikehrkarnniern 15 werden somit in einer Anzahl gebildet,

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die gleich der Hälfte der Anzahl der Hohlschaufeln 13 ist, und sind voneinander mittels radialer Trennwände getrennt, die gemeinsam mit der Bezugsziffer 16 bezeichnet sind. An den gegenüberliegenden Enden der Hohlschaufeln 13 sind Pluideinlaßöffnungen und -Auslaßöffnungen gebildet (in Fig. 1 nicht gezeigt). Die Fluideinlaßöffnung ist mit einer Gruppe jeder zweiten Hohlschaufel 13 verbunden, die den im vorhergehenden erwähnten Kanal für den einlaufenden Fluidstrom bilden, während die Fluidauslaßöffnung mit einer Gruppe der übrigen Ilohlschaufeln verbunden ist, die Kanäle für auslaufende Fluidströme bilden sollen. Dieses Fluid ist gewöhnlich eine zu kühlende Flüssigkeit, kann im Bedarfsfall jedoch auch ein Kühlfluid oder zu erwärmendes Fluid sein.

Die Rotoreinheit 10 ist somit aus den Endplatten 12, Hohlschaufeln 13, Finnen 1*1, Strömungsumkehrkammern 15 und Fluideinlaßöffnungen und Fluidauslaßöffnungen (nicht g'ezeigt) gebildet. Mit den Bezugsziffern 17, 18 und 19 sind Fluidleitwände bezeichnet, die vorgesehen sind, wenn der gezeigte umlaufende V7ärmeaustauscher als Horizontaltyp konstruiert ist, bei dem Kühl- oder Heizluft oder irgend ein anderes Fluid seitlich zur Rotoreinheit 10 gerichtet ist. Es ist jedoch zu bemerken, daß die vorliegende Erfindung auf einen umlaufenden Wärmeaustauscher vom Vertikaltyp gerichtet ist, bei dem die Luft oder ein anderes Fluid axial zentral zur Rotoreinheit 10 zugeführt wird und aus der Rotoreinheit durch eine Zentrifugalkraft radial nach außen gezwungen wird, die durch die Drehung der Rotoreinheit entwickelt wird.

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Jede der Hohlschaufeln 13, die den allgemein stromlinienförmigen Querschnitt gemäß vorhergehenden Ausführungen hat, besitzt eine scharfe (spitze) Außenkante 13a und ein allgemein abgerundetes inneres Ende 13b. Diese Außenkante 13a und das innere Ende 13b sind derart angeordnet und ausgerichtet, daß die scharfe Außenkante 13a dem abgerundeten inneren Ende 13b in geeigneter Weise vorläuft,-wenn sich die Rotoreinheit 10 um die Welle 11 in der durch den Pfeil A in Fig.- 1 gezeigten Richtung dreht.

Bei dem so aufgebauten bekannten umlaufenden Wärmeaustauscher wird das Fluid, das hier als Kühlluft angenommen wird, der Rotoreinheit 10 in Richtung der Pfeile F. längs der Luftleitwand 17 zugeführt und in Richtung der Pfeile Fp längs der Luftleitwände 18 und 19 abgegeben, wenn die Rotoreinheit 10 um. die Antriebswelle 11 gedreht wird. Ein solcher Kühlluftfluß baut einen Luftstrom auf, der die Rotoreinheit 10 über einen zentralen Abschnitt der Rotoreinheit 10 annähernd diametral durchquert, wie dies durch die Pfeile F, gezeigt ist. Findet dies statt, wird die zu kühlende Flüssigkeit, die heißes Wasser sein kann, durch die Gruppe der Hohlschaufeln 13 geführt, die von der zuvor erwähnten B'luideinlaßöffnung ausgehen, und wird über die Strömungsumkehrkammern 15 zu der Gruppe der Kohlschaufeln 13 rüokgeführt, die zu der Fluidauslaßöffnung führen.. Läuft das heiße Wasser somit durch die beiden Gruppen der Hohlschaufeln 13 um, die jeweils als Kanäle für den einlaufenden und den auslaufenden Strom dienen, wird die Wärme in dem heißen Wasser durch Erwärmung des Luftstroms F, durch die Hohlschaufeln 13 verbraucht.

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Einer der Nachteile, die bei dem umlaufenden Wärmeaustauscher mit diesem bekannten Aufbau bestehen, ist eine relativ niedrige Wärmeaustauschwirksarrkeit infolge der Terrperaturdifferenz zwischen den Hohlschaufeln, die die Kanäle für die einlaufende und auslaufende Strömung bilden. Das den Hohlschaufein 13 zugeführte heiße Wasser wird zuerst abgekühlt, wenn es durch die EinlaufStrömungskanäle läuft und dann abgekühlt, wenn es durch die Auslaufströmungskanäle läuft. Da die Hohlschaufeln dabei gewöhnlich eine extrem große Wärmeübertra'gungswirksamkeit besitzen, wird das heiße Wasser bei seinem Umlaufen in der Rotoreinheit einem großen Temperaturabfall ausgesetzt, wodurch eine beträchtliche Temperaturdifferenz zwischen den beiden Gruppen der die Einlauf- und Auslaufströmungskanäle bildenden Hohlschaufeln insbesondere in den Abschnitten der Hohlschaufeln verursacht wird, die den Einlaß- und Auslaßöffnungen für diese Kanäle benachbart sind. Eine solche Temperaturdifferenz ist ersichtlich schlecht für die Übertragung von Wärme zwischen den Kohlschaufeln und dem dadurch geführten Strom und verschlechtert somit die durch den Wärmeaustauscher erhältliche Wärmeableitwirksamkeit kritisch.

Durch die Differenz zwischen den beiden Hohlschaufelgruppen hat jede der Pinnen 1*1 umfangsmäßig abwechselnd aufeinanderfolgend heiße und weniger heiße Flächen, die den Einlaufund Auslaßströrnungskanälen entsprechen, die sich durch sie abwechselnd erstrecken. Die Pinnen I¹I sind demzufolge komplizierten Wärmespannungen unterworfen, denen die starren Verbindungen zwischen den Hohlschaufeln 13 und den Pinnen lh wiederstehen müssen.

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Betrachtet man die mechanische Festigkeit dieser starren Verbindungen zwischen den Hohlschaufeln und den Finnen, die beim Zusammenbau gewöhnlich durch Löten oder Schweißen zusammengefügt werden, können die Verbindungen zwischen diesen Elementen während des Gebrauchs des Wärmeaustauschers zerstört werden, so daß die Finnen von den Hohlschaufeln gelöst -werden. Dies wird als zweiter bedeutender Nachteil des bekannten umlaufenden Wärmeaustauschers der beschriebenen Art herausgestellt.

Ein noch weiterer Nachteil ergibt sich aus dem Aufbau der Strömungsumkehrkammern 15, die an der Endplatte 12 gebildet sind. Gemäß den vorhergehenden Ausführungen sind die Strömungs— umkehrkammern 15 in der der Anzahl der Hohlschaufeln 13 entsprechenden Anzahl vorgesehen, so daß bei der Herstellung der Rotoreinheit 10 Schwierigkeiten festgestellt wurden, beispielsweise die erhöhte Anzahl an erforderlichen Ve-rfahrensschritten für die Herstellung und den Zusammenbau der Rotorennheit, insbesondere wenn es erwünscht ist, eine relativ große Anzahl an Hohlschaufeln oder Wärmeaustauschelementen zu verwenden.

Bei dem erfindungsgemäßen umlaufenden Wärmeaustauscher sind die im vorhergehenden herausgestellten Nachteile durch Verwendung von verbesserten Hohlschaufeln als Wärmeaustauschelemente beseitigt. Eine vorzugsweise gewählte Ausführungsform solcher verbesserter Hohlschaufeln ist in Fig. 2 veranschaulicht. Die mit der Bezugsziffer· 20 bezeichnete verbesserte Hohlschaufel ist innerlich in zwei - eine äußere und eine innere längliche hohle Hälften oder Abschnitte 20a bzw. 20b mittels

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einer Innentrennwand 21 unterteilt, die- parallel zur Drehwelle 11 der Rotoreinheit 10 (Fig. 1) verläuft. Die äußere hohle Längshälfte 20a bildet den Kanal für den einlaufenden Strom der zu kühlenden Flüssigkeit, während die innere hohle Längshälfte 20b den Kanal für den auslaufenden Flüssigkeitsstrom bildet. Somit sind diese äußeren und inneren hohlen Längshälften 20a und 20b der Hohlschaufel 20 an ihren an der Endplatte 12 (Fig. 1) liegenden Enden geöffnet und stehen an ihren gegenüberliegenden Enden mit den Einlaß- bzw. Auslaßöffnungen für die'zu kühlende Flüssigkeit (nicht gezeigt) in Verbindung. Gemäß Darstellung hat die Hohlschaufel 20 in ihrer Gesamtheit allgemein die gleiche Form wie die Hohlschaufeln 13 des bekannten umlaufenden Wärmeaustauschers nach Fig. 1 und besitzt somit einen allgemein stromlinienförmigen Querschnitt. Im Bedarfsfall k.ann die Hohlschaufel für den erfindungsgemäßen umlaufenden Wärmeaustauscher jedoch in geeigneter Weise anders geformt sein, soweit sie getrennte äußere und innere Längsabschnitte oder Kanäle besitzt. Ein Beispiel einer solchen modifizierten Hohlschaufel ist in Fig. 3 veranschaulicht.

Wie in Fig. 3 dargestellt ist, besteht die abgeänderte Form der Hohlschaufel, die nun mit der Bezugsziffer 22 bezeichnet ist, aus zwei - einer äußeren und einer inneren - länglichen hohlen Hälften oder Elementen 23 bzw, 24, die im wesentlichen voneinander getrennt sind. Jede dieser äußeren und inneren Hohlhälften 23 bzw, 2k besitzt ein Paar einander gegenüberliegender im wesentlichen flacher Seitenwände (nicht beziffert) und erstreckt sich parallel zur Antriebswelle 11 der Rotoreinheit

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10 (Fig, 1). Die äußeren und inneren hohlen Hälften 23 und 24 sind an ihren an der Endplatte 12 (Pig, 1) liegenden Enden geöffnet und bilden die Kanäle 23a bzw, 24a für die einlaufenden und auslaufenden Ströme der' zu kühlenden Flüssigkeit. Diese Kanäle 23a und 24a stehen an ihren den zuvor erwähnten offenen Enden gegenüberliegenden Enden mit derPluideinlaßöffnung bzx«/. der Pluidauslaßoffnung in Verbindung - in gleicher Weise wie die äußeren und inneren hohlen Längshälften der Hohlschaufeln nach Fig. 2. Die äußeren und inneren hohlen Hälften 23 und 24 sind ferner relativ zueinander derart angeordnet, daß die äußere hohle Hälfte winkelmäßig von der Richtung der inneren hohlen " . Hälfte in der Richtung, in der die Rotoreinheit 10 gedreht, wird, verschoben ist, wodurch die Hohlschaufel 22 insgesamt der allgemeinen Stromlinienform dqv Hohlschaufel nach Fig. 2 folgt,

Fig. 4 veranschaulicht eine vorzugsweise gewählte Ausführungsform des erfindungsgemäßen umlaufenden Wärmeaustauschers, bei dem die Hohlschaufeln mit der Form nach Fig. 2 oder 3 verwendet werden. Bei Fig. 4 sind die Fluidleitwände nach Fig. 1 weggelassen, um klar zu machen, daß der gezeigte erfin-' dungsgemäße Aufbau bei umlaufenden Wärmeaustauschern sowohl des horizontalen als auch des vertikalen Typs, die zuvor erwähnt wurden, anwendbar ist.

Gemäß Darstellung in Fig, 4 besitzt der erfindungsgemäße umlaufende Wärmeaustauscher eine allgemein zylindrische Rotoreinheit 25, die mit und um eine Antriebswelle 26 drehbar ist, die sich durch die gesamte Rotoreinheit axial erstreckt.

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Die Rotoreinheit'25 ist an ihren beiden Enden mit einen Paar Endplatten oder Kopfstücken 27 und 28 abgeschlossen, die einen Teil der Rotoreinheit bilden" und über die die Rotoreinheit von der Antriebswelle 26 getragen wird. Zwischen diesen Endplatten 27 und 28 erstrecken sich eine Vielzahl von länglichen Kohlschaufeln 29, die als Wärmeaustauschelemente dienen und jeweils eine äußere und eine innere hohle Längshälfte 30 bzw. 31 besitzen. Jede dieser Hohlschaufeln 29 ist in einer anhand von Fig. 2 oder 3 beschriebenen Weise aufgebaut, und somit entsprechen die äußeren und inneren hohlen Längshälften 30 bzw. 31 den äußeren und inneren Längsabschnitten 20a und 20b der Hohlschaufel nach Fig. 2 oder den äußeren und inneren Hohlelementen 23 und 24 der Schaufel 22 nach Fig.. 3. Wie zuvor anhand von Fig. 1 erläutert wurde, sind diese Hohlschaufeln 29 Im wesentlichen im gleichen Abstand voneinander radial symmetrisch zur Antriebswelle 26 zur Bildung einer Käfigform angeordnet. Die Kohlschaufeln 29 erstrecken sich durch eine Anzahl von in merklichem Abstand stehenden Finnen oder ringförmigen Scheiben 32, an die die Ilohlschaufeln angelötet oder in anderer V/eise starr verbunden oder befestigt sind.

Für die Zirkulierung eines Fluids durch die hohlen Hälften 30 und 31 ist ein allgemein mit der Bezugsziffer 33 bezeichneter Kanalaufbau auf der Endplatte 28 angeordnet. Dieser Kanalaufbau 33 besitzt allgemein kegelstumpfförmige äußere und innere V/andorgane 3^ bzw. 35, die im wesentliehen konzentrisch zur Antriebswelle 26 ausgerichtet sind. Das äußere V/andorgan 3¹I ist mit einer Umfangskante der Endplatte 28 und das innere

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Wandorgan 35 mit-einer Trennwand (nicht.beziffert) zwischen der äußeren und inneren Hohlhälfte 30 bzw. 31 verbunden. Diese Trennwand zwischen den Hohlhälften 30 und 31 entspricht entweder der inneren Trennwand 21 der Hohlschaufel 2g nach Fig. 2 oder den benachbarten Rändern der beiden Hohlelemente 23 und 24 der Schaufel 22 nach Fig. 3. Zwischen dem äußeren Wandorgan 3^ und dem inneren Wandorgan 35 ist somit eine ringförmige, allgemein kegelstumpfförmige Kammer 36 gebildet, die mit der äußeren hohlen Längshälfte 30 in Verbindung steht. Zwischen dem inneren Wandorgan 35 und der benachbarten Endplatte 28 ist ei.ne kegelstumpfförmige Kammer 37 gebildet, die gemäß Darstellung mit der inneren hohlen Längshälfte in Verbindung steht. Der Kanalaufbau 33 besitzt ferner äußere und. innere konzentrische Röhrenorgane 38 und 39, die von den Umfangskanten des äußeren und des inneren Wandorgans 34 und 35 vorragen und somit einen äußeren Kanal 40 zwischen den Röhrenorganen 38 und 39 und einen inneren Kanal 4l in.dem inneren Röhrenorgan 39 bilden. Dieser äußere Kanal 40 und der innere Kanal 41 stehen an einem Ende mit den Kammern 36 und 37 und mit dem anderen Ende mit der Fluideinlaßöffnung 42 bzw. der Fluidauslaßöffnung 43 in Verbindung.

Die äußere und die innere hohle Längshäfte 30 bzw. 31 stehen miteinander an ihren an der Endplatte 27 liegenden Enden über eine ringförmige Strömunßsumkehrkammer 44 in Verbindung, die durch ein ringförmiges Wandorgan 45 und die Endplatte 27 gebildet ist, mit der das Wandorgan 45 starr verbunden ist. Die· llohlschaufeln 29 werden somit an einem Ende durch die Endplatte 28 und am anderen Binde durch das ringförmige Wandorgan 45 ge-

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tragen, wie dies dargestellt ist.

Das äußere Röhrenorgan J>8 ist in einem Laßerblock 46, der Kugellager 46a und 46b enthält, drehbar aufgenommen. In gleicher Weise ist die Antriebswelle 26 an ihrer Verlängerung in einem Lagerblock 47 drehbar aufgenommen; der ins einzelne gehende Aufbau ist hier nicht gezeigt, da er für den Fachmann offensichtlich ist. Die Lagerblöcke 46 und 47 werden mittels Ständern 49 bzw, 50 auf einem Stützaufbau 48 getragen. Die Antriebswelle 26 trägt gemäß Darstellung eine genutete Riemenscheibe 51» die Teil einer Keilriemenkraftübertragungseinrichtung (nicht gezeigt) bildet, die von einem geeigneten Antriebsmotor angetrieben wird. Dies ist jedoch nur zur Veranschaulichung dargestellt; die Antriebswelle 26 kann in jeder beliebigen V'eise angetrieben werden. Mit der Bezugsziffer 51 ist ein ringförmiges Dichtungsorgan bezeichnet, das zwischen das äußere Röhrenorgan 38 und den Lagerblock 46 eingesetzt ist. Die Einlaßöffnung 42 ist mit einem lieißwasserzufuhrrohr und die Auslaßöffnung 43 i.it einem Ablaßrohr für gekühltes Wasser verbunden (nicht dargestellt).

Im Bedarfsfall können innerhalb der inneren kegelstumpfförniigen Kammer 37 eine Zentripetalverwirbelungseinrichtung oder Pumpenschaufeln 53 angeordnet sein, um aus einem im folgenden beschriebenen Grund eine zentripetale Axialströmung in der Kammer 37 aufzubauen,

Beim Betrieb wird die zu kühlende Flüssigkeit, von der hier gemäß den vorhergehenden Ausführungen angenommen wird,.

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daß sie heißes V/asser ist, über die Einlaßöffnung 42 und das äußere Röhrenorgan 40 der äußeren kegelstumpfförmigen Kammer 36 konstant zugeführt. Dieses heiße Wasser erreicht die innere kegelstumpfförmige Kammer 37 über die äußeren und inneren hohlen .Hälften 30 und 31 und wird über das innere Röhrenorgan 41 und die Auslaßöffnung 43 abgelassen. Wird die Rotoreinheit 26 unter dieser Bedingung zum Drehen um die Antriebswelle 25 in Richtung des Pfeils A angetrieben, wird dem heißen Wasser in der äußeren kegelstumpfförmigen Kammer 36 eine Zentrifugalkraft mitgeteilt, so daß an den Eingängen zu den äußeren hohlen Hälften 30 ein gewisser Fluiddruck entwickelt wird. In gleicher V/eise wird das die innere kegelstumpfföripige Kammer 37 erreichende Wasser einer Zentrifugalkraft ausgesetzt, so daß an den Ausgängen von den inneren hohlen Hälften 31 ein Fluiddruck entwickelt wird. Der somit an den Eingängen zu den äußeren hohlen Hälften 30 entwickelte Fluiddruck ist wegen der Differenz des Rotationsradius zwischen der äußeren und der inneren kegelstumpfförmigen Kammer 36 und 37 ersichtlich höher als der an den Ausgängen von den inneren hohlen Hälften 31 entwickelte Druck. Ist in der inneren kegelstumpfförmigen Kammer 37 gemäß den vorhergehenden Ausführungen die Zentipetalverwirbelungseinrichtung 53 vorgesehen, wirkt die durch die Verwirbelungseinrichtung erzeugte Zentripetalkraft der in der Kammer 37 entwickelten Zentrifugal? kraft entgegen, so daß die Differenz zwischen den Fluiddrucken an den Eingängen und Ausgängen der hohlen Hälften 30 und 31 verstärkt ist. Das der äußeren kegelstumpfförmigen Kammer 36 zugeführte heiße Wasser wird auf diese Weise zum Zirkulieren durch die äußeren hohlen Hälften 30, die ringförmige Strömungs-

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umkehrkammer Μ,· die inneren hohlen Hälften 31 und die innere kegelstumpfförmige Kammer 37 - in dieser Reihenfolge - gebracht. Während sich dies abspielt, wird ein Kühlmedium, das atmosphärische Luft sein kann, zum Kühlen der Hohlschaufeln 29 annähernd diametral durch die Rotoreinheit 26 gemäß Darstellung durch Pfeile P, geführt, so daß das dort umströmende heiße Wasser durch Austausch der V/ärme zwischen dem heißen Wasser und den hohlschaufeln zwangsläufig gekühlt wird. Das so abgekühlte Wasser wird über das Röhrenorgan ^l aus der Auslaßöffnung '13 zwangweise abgelassen.

Zur Vergrößerung der in der äußeren kegelstumpfförmigen Kammer 36 aufzubauende Zentrifugalkraft können eine Zentrifugalverwirbelungseinrichtung oder Puirpenschaufeln 5¹J innerhalb der Kammer 36 vorgesehen sein, wie dies mit gestrichelten Linien in Fig. h gezeigt ist. Wird eine solche Verwirbelungseinrichtung 5*J verwendet, kann die zuvor erwähnte Zentripetalverwirbelungseinrichtung 53 im 'Bedarfsfall weggelassen werden.

Bei dem umlaufenden Wärmeaustauscher, der den zuvor beschriebenen Aufbau hat, wird das heiße Wasser in jeder der Hohlschaufeln 29 gekühlt. Dadurch wird in jeder der Hohlschaufeln 29 eine Temperaturdifferenz erzeugt, so daß die Übertragung von Wärme zwischen den Hohlschaufeln und der Kühlluft erleichtert wird. Es ist daher eine beträchtlich größere Wärmeableitwirksamkeit verfügbar als bei dem bekannten Wärmeaustauscher mit dem beschriebenen Aufbau, bei dem die Temperaturdifferenz zwischen z*\;i benachbarten Hohlschaufeln hervorgerufen wird. Da die Kanäle

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für die einlaufenden und auslaufenden Ströme der zu kühlenden Flüssigkeit im wesentlichen in konzentrischer Ausrichtung angeordnet sind, wird die Wärme in vergleichsweise vereinfaphten Mustern über die Finnen 32 ausgebreitet, wodurch die starren Verbindungen zwischen den Ilohlsch'aufeln 29 und den Finnen 32 von den ungewöhnlichen oder unregelmäßigen Wärmespannungen befreit sind, die"bei den bekannten umlaufenden Wärmeaustauschern festgestellt wurden. Mit den· erfindungsgemäßen umlaufenden .V'ärmeaustauscher wird ebenfalls die Herstellung erleichtert," da keine Trennwände zur Bildung der ringförmigen Strömungsumkehrkamm.er 44 vorgesehen sind, die durch ein einstückiges Wandorgan 45 einfach aufgebaut ist.

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Claims (9)

1. Patentansprüche

   I l.yUrr lauf ender Wärireaus tauscher, gekennzeichnet durch die Kombination einer Antriebswelle (26), einer allgemein zylindrischen Rotoreinheit (25), die durch die Antriebswelle (26) drehbar ist und ein Paar in Abstand befindlicher Endplatten (27> 28) besitzt, eine Anzahl länglicher Hohlschaufeln (29), die radial um die Antriebswelle (26) herum angeordnet sind und sich zwischen den in Abstand stehenden Endplatten (27, 28) im wesentlichen parallel zur Antriebswelle (26) erstrecken, wobei jede Hohlschaufel (29) einen äußeren und einen inneren Kanal (30, 3D bildet, die im wesentlichen einander benachbart sind und an ihren an den im Abstand stehenden Endplatten (27, 2b) befindlichen gegenüberliegenden Enden geöffnet sind, eines Wandorgans (45), das an einer (27) der Endplatten (27, 2B) zur Bildung einer ringförmigen Kammer (44) innerhalb der Rotoreinheit (25) befestigt ist, wobei der äußere und der innere Kanal (30, 31) jeder Hohlschaufel an ihrem offenen Ende über die ringförmige Kammer (44) miteinander in Verbindung stehen, und einer Anzahl von in merklichem Abstand stehenden Finnen (32), die zwischen den in Abstand stehenden Endplatten (27, 28) gestapelt sind und durch die sich die Hohlschaufeln (29) erstrecken, und eines Kanalaufbaus (33), der an der anderen Endplatte (28) zur Bildung einer Verbindung zwischen einer Gruppe der äußeren Kanäle (30) und einer Fluideinlaßöffnung (42) und einer Verbindung zwischen einer Gruppe der inneren Kanäle (31) und einer Fluidauslaßöffnung (43) angeordnet ist.

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2. 2. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Hohlschaufel (29) einen allgemein stromlinienförmigen Querschnitt hat und mit ihrem äußeren Ende in einer Richtung der Rotoreinheit (25) gegenüber ihrem inneren Ende verschoben ist.
3. 3. Wärmeaustauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Hohlschaufel (29) in getrennte äußere und innere hohle Längsabschnitte zur Bildung der äußeren bzw. inneren Kanäle (30, 31) innerlich unterteilt ist.
4. 4. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Hohlschaufel äußere und innere hohle Elemente (23, 24) besitzt, die zur Bildung der äußeren bzw. inneren Kanäle im wesentlichen in Abstand voneinander stehen. (Fig.. 3).
5. 5. Wärmeaustauscher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das äußere Hohlelement (23) in der Drehrichtung der Rotoreinheit gegenüber dem inneren Hohlelement (24) gedreht ist.
6. 6. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (53, 54) zur zwangsweisen Verstärkung einer Differenz der Fluiddrucke, die in den äußeren und inneren Kanälen (30, 31) jeder Hohlschaufel (29) entwickelt werden.
7. 7. Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanalaufbau (33) ein äußeres

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   und ein inneres allgemein kegelstumpfförmiges VJandorgan (3'4, 35) besitzt, die im wesentlichen konzentrisch zur Antriebswelle
   (26) ausgerichtet sind und einerseits mit der Umfangskante der anderen Endplatte (28) und andererseits mit einer zwischen den äußeren und den inneren Kanälen (30, 31) liegenden Trennwand
   (21) verbunden sind, wobei diese kegelstumpfförmigen Viand.orga.ne (3^, 35) zwischen sich eine äußere Kammer (36) bilden, die mit der Gruppe der äußeren Kanäle (30) und der Fluideinlaßöffnung
   (42) in Verbindung steht, und das innere kegelstumpfförmige
   V'andorgan (35) und die andere Endplatte (23) zwischen sich eine innere Kammer (37) bilden, die mit der Gruppe der inneren Kanäle (31) und der Pluidauslaßöffnung (^3) in Verbindung steht.
8. 8. Wärmeaustauscher nach Anspruch 7; dadurch gekennzeichnet, daß der Kanalaufbau (33) ferner eine Zentripetalverwirbelungseinrichtung (53) aufweist, die innerhalb der inneren Kammer (37) angeordnet ist und in dieser eine zentripe ale
   Pluidströmung erzeugt.
9. 9. Wärmeaustauscher nach Anspruch 7 oder 8, dadurch
   gekennzeichnet, daß der Kanalaufbau (33) ferner eine Zentrifugalverwirbelungseinrichtung (5*0 besitzt, die innerhalb der
   äußeren Kammer (36) angeordnet ist und in dieser eine zentrifugale Fluidströmung erzeugt.

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