DE2433351A1 - HEAT EXCHANGER - Google Patents
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Description
DIPL-INS. DR. IUR. DIPL.-ΙΝΘ.DIPL-INS. DR. IUR. DIPL.-ΙΝΘ.
VOLKER BUSSE DIETRICH BUSSEVOLKER BUSSE DIETRICH BUSSE
45 OSNABROCK3 den 9. Juli45 OSNABROCK 3 July 9th
MCfSERSTRASSE 2Ο/24MCfSERSTRASSE 2Ο / 24
L/NöL / Nope
WärmeaustauscherHeat exchanger
Die Erfindung betrifft einen Wärmeaustauscher, insbesondere
zum Erwärmen eines gasförmigen Mediums wie Luft mittels eines
anderen gasförmigen Mediums.The invention relates to a heat exchanger, in particular
for heating a gaseous medium such as air by means of a
other gaseous medium.
Der Wärmeaustauscher nach der Erfindung ist gekennzeichnet durch ein Treibrad mit innere Zentrifugalkanäle bildenden Flügeln, eine
Zufuhreinrichtung für eine Zufuhr von Strömungsmedium zu den radial
inneren Enden der Kanäle bei umlaufendem Treibrad und eine
Trenneinrichtung für ein Abtrennen von aus den radial äußeren
Enden der Kanäle austretendem Medium von den Flügelaußenflächen
des Treibrades.The heat exchanger according to the invention is characterized by a drive wheel with vanes forming inner centrifugal channels, a supply device for a supply of flow medium to the radially inner ends of the channels when the drive wheel rotates
Separating device for separating from the radially outer ones
Ends of the channels exiting medium from the wing outer surfaces
of the drive wheel.
Das Treibrad bewirkt ein Vorbewegen des Mediums unter dessen Berührung mit den Außenflächen seiner Flügel-und eine Zentrifugalf.örderung eines Mediums radial nach außen durch die Zentrifugalbzw. Innenkahäle der Flügel. Zwischen den beiden Medien findetThe drive wheel causes the medium to move forward while touching it with the outer surfaces of its wing and a centrifugal conveyor a medium radially outward through the Zentrifugalbzw. Inner channels of the wings. Finds between the two media
ein Wärmeaustausch ohne Vermischung der Medien statt.heat exchange takes place without mixing the media.
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Vorteilhaft erstrecken sich die Zentrifugalkanäle zu Auslässen an den Spitzen der Flügel und münden in eine die Trenneinrichtung bildende Sammelkammer ein, die das Treibrad umgibt.The centrifugal channels advantageously extend to outlets at the tips of the blades and open into a separating device forming a collecting chamber which surrounds the drive wheel.
Die Sammelkammer weist vorteilhaft die Form einer Spirale auf.The collecting chamber advantageously has the shape of a spiral.
Die Spiralkammer wirkt als Diffusor, wobei das aus den Auslässen an den Flügelspitzen austretende Medium in der Spiralkammer umläuft und schließlich durch den tangentialen Auslaß der Spiralkammer unter Abnahme seiner Geschwindigkeit und Erhöhung seines statischen Durckes austritt, wodurch das Ausströmen des Mediums durch die Innenkanäle der Flügel weiter begünstigt wird.The spiral chamber acts as a diffuser, taking that out of the outlets Medium emerging at the wing tips circulates in the spiral chamber and finally through the tangential outlet of the spiral chamber exits with a decrease in its speed and an increase in its static pressure, causing the medium to flow out is further favored by the inner channels of the wings.
Zweckmäßigerweise gehen die Zentrifugalkanäle von Einlassen an den radial inneren Enden der Flügel aus, wobei die Einlasse von einer hohlen Nabe des Treibrades ausmünden.The centrifugal channels expediently start from the inlet the radially inner ends of the vanes, the inlets opening out from a hollow hub of the drive wheel.
Die Flügel können an ihren Spitzen einen mit ihnen umlaufenden Abschlußring tragen, der einen kleinen Laufspalt mit dem Innenumfang der spiralförmigen Sammelkammer bildet.At their tips, the wings can have an encircling end ring that has a small gap with the inner circumference forming the spiral plenum chamber.
Der Wärmeaustauscher kann ferner einen Erhitzer für ein Erwärmen eines mittels des Treibrads in die hohle Nabe eingesaugten Mediums aufweisen, das einen radial nach außen durch die Zentrifugalkanäle der Flügel gerichteten Verlauf aufweist.The heat exchanger can also have a heater for heating a medium sucked into the hollow hub by means of the drive wheel have, which has a radially outwardly directed course through the centrifugal channels of the blades.
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In diesem Fall bewirkt der Wärmeaustauscher eine Erwärmung des mittels der Flügel des Treibrades vorbewegten Mediums,In this case, the heat exchanger heats the medium moved forward by the blades of the drive wheel,
Der Erhitzer kann von einem Brenner gebildet sein, wobei das zentrifugal nach außen geführte Medium aus Luft und Verbrennungsgasen besteht. The heater can be formed by a burner, the centrifugally guided medium consisting of air and combustion gases.
Ferner kann der Zustrom von Verbrennungsluft zum Erhitzer durch das zentrifugal nach außen geführte, von Luft und Verbrennungsgasen gebildete Medium herbeigeführt werden. Furthermore, the flow of combustion air to the heater can be brought about by the medium, which is centrifugally guided to the outside and formed by air and combustion gases.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der nachstehenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung, in der mehrere Ausführungsbeispiele des Gegenstands der Erfindung näher veranschaulicht sind. In der Zeichnung zeigen:Further features and advantages of the invention emerge from the claims and the following description in conjunction with the drawing, in which several embodiments of the subject matter of the invention are illustrated in more detail. In the drawing demonstrate:
Fig. 1 eine schematisierte Darstellung eines Wärmeaustauschers nach der Erfindung zur Verwendung in einer Vorrichtung zur Raumheizung,Fig. 1 is a schematic representation of a heat exchanger according to the invention for use in a Device for space heating,
Fig. 2 eine Stirnansicht einer Raumheizvorrichtung nach der Erfindung unter Verwendung eines erfindungsgemäßen Wärmeaustauschers, wobei die Vorderwand ihres Gehäuses zur Darstellung innenliegender Einzelheiten abgenommen ist, undFig. 2 is an end view of a space heating device according to the invention using one according to the invention Heat exchanger, with the front wall of its housing removed to show internal details is and
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Fig. 3 eine Seitenansicht der Heizvorrichtung teilweise im Schnitt nach der Linie A-A der Fig. 2.3 shows a side view of the heating device partly in section along the line A-A of FIG.
Wie die Zeichnung zeigt, ist in einem Gehäuse 1 mit einem Rahmen 2 ein Treibrad, bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel in Form eines als Ganzes mit 10 bezeichneten Gebläserades eines elektromotorisch angetriebenen Gebläses, untergebracht. Das Gebläserad 10 besitzt eine hohle Nabe 11 oder 11' und hohle Flügel bzw. Blätter 12, die Innenkanäle 13 bilden, welche sich jeweils von einer Einlaßöffnung 14 an ihren radial inneren Enden zu einer Auslaßöffnung 15 an ihrer Spitze erstrecken. Die Einlaßöffnung 1*1 mündet von der Innenseite der Nabe 11 bzw. 11' aus, und die Auslaßöffnung 15 öffnet sich durch einen Abschlußring 16, der mit den Flügeln innerhalb des Innenumfangs einer ortsfesten Spiralkammer 17 umläuft, die vom Gehäuse durch eine an einem Zwischenrahmen 5 abgestützte Profilplatte 1I getragen ist. Der tangential verlaufende Auslaß 18 der Spiralkammer steht mit einer vom Gehäuse fortführenden Abzugsleitung 19 in Verbindung.As the drawing shows, a drive wheel is accommodated in a housing 1 with a frame 2, in the illustrated embodiment in the form of a fan wheel, designated as a whole by 10, of an electric motor-driven fan. The impeller 10 has a hollow hub 11 or 11 'and hollow blades 12 defining inner channels 13 which each extend from an inlet opening 14 at its radially inner ends to an outlet opening 15 at its tip. The inlet opening 1 * 1 empties from the inside of the hub 11 or 11 ', and the outlet opening 15 opens through an end ring 16, which rotates with the blades within the inner circumference of a stationary spiral chamber 17, which is attached to the housing by an on an intermediate frame 5 supported profile plate 1 I is worn. The tangential outlet 18 of the spiral chamber is connected to a discharge line 19 extending from the housing.
Ein Erhitzer ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel in Form ■eines Brenners 20 für flüssigen oder vorzugsweise gasförmigen Brennstoff in einer Leitung 21 im Gehäuse angeordnet und führt von einem Verbrennungslufteinlaß 22 in der stirnseitigen Außenwand 6 des Gehäuses in das Innere der hohlen Nabe 11 bzw. II1.In the exemplary embodiment shown, a heater is in the form of a burner 20 for liquid or preferably gaseous fuel in a line 21 in the housing and leads from a combustion air inlet 22 in the front outer wall 6 of the housing into the interior of the hollow hub 11 or II 1 .
Bei einer Ausführungsform des Flügelrades 10 weist die Nabe 11In one embodiment of the impeller 10, the hub 11 has
ζ"ΪΠΓ8~ϋΊΓ7"υ"^Γ9~Ίζ "ΪΠΓ8 ~ ϋΊΓ7" υ "^ Γ9 ~ Ί
einen zylindrischen Einlaßbereich 11a auf, der zu einer divergierenden, kegelstumpfförmigen Kammer 11b führt, deren den größeren Durchmesser aufweisendes Ende durch eine Stirnwand verschlossen ist. Stattdessen kann der Einlaßbereich 11'a zu einer hohlen zylindrischen Kammer 24 der Nabe 11' führen. Die Brennerflamme ist in den Einlaßbereich· 11a oder 11'a zusammen mit Verbrennungsluft und einem Luftüberschuß gerichtet, die durch den Betrieb des umlaufenden Flügel- bzw. Geblaserades durch den Verbrennungslufteinlaß 22 in .die hohle Nabe eingesaugt werden.a cylindrical inlet area 11a, which leads to a diverging, frustoconical chamber 11b leads, the larger of which Diameter having the end is closed by an end wall. Instead, the inlet portion 11'a can be a hollow cylindrical one Lead chamber 24 of the hub 11 '. The burner flame is directed into the inlet area 11a or 11'a together with combustion air and an excess of air, which is caused by the operation of the circulating Impeller or fan wheel are sucked through the combustion air inlet 22 into .die hollow hub.
Die Arbeitsweise ist folgende:The way it works is as follows:
Das Gebläse wird angetrieben, um Raumluft in das Gehäuse durch seitliche Lufteinlässe in gegenüberliegenden Gehäuseseiten vor der Profilplatte 4,von denen einer bei 26 dargestellt ist, einzusaugen Die Lufteinlässe 26 sind vom Verbrennungslufteinlaß 22 getrennt um die durch sie eingesaugte Luft hat einen Strömungsverlauf in Berührung mit den Außenflächen der Gebläseflügel. Die Luft strömt über die Außenflächen' der Gebläseflügel unter Wärmeaustauschberührung mit diesen und wird mittels der Gebläseflügel durch einen Auslaßkanal 27 bewegt, so daß sie durch eine Auslaßöffnung 28 in der hinteren Wand 7 aus dem Gehäuse in den Umgebungsraum strömt, der durch die Heizvorrichtung zu heizen ist.The fan is driven to bring room air into the housing through side air inlets in opposite housing sides in front of the Profile plate 4, one of which is shown at 26, suck in The air inlets 26 are separated from the combustion air inlet 22 by the air sucked in through them has a flow path in contact with the outer surfaces of the fan blades. The air overflows the outer surfaces' of the fan blades in heat exchange contact with them and is by means of the fan blades through an outlet duct 27 moved so that it flows through an outlet opening 28 in the rear wall 7 from the housing into the surrounding space, the is to be heated by the heater.
Das Einströmen der Verbrennungsluft durch den Verbrennungslufteinlaß 22 wird durch die Luft und Verbrennungsgase bewirkt, dieThe inflow of the combustion air through the combustion air inlet 22 is caused by the air and combustion gases that
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zentrifugal nach außen durch die inneren Kanäle 13 in die Spiralkammer 17 und dann in den Abzugskanal 19 strömen. Die Heißluft und Verbrennungsgase werden bei ihrem Durchgang nach außen durch die Gebläseflügel durch Wärmeaustausch mit der Raumheizluft gekühlt. Der Elektromotor (nicht dargestellt) kann das Flügelrad direkt antreiben, wobei es vom Gehäuse innerhalb des Auslaßkanals 27 an geeigneten Absützungen gelagert ist. Stattdessen kann der Motor das Flügelrad über einen Riemen od. dgl. Übertragungsorgan antreiben, wobei das Flügelrad in diesem Fall in am Rahmen abgestützten vorderen und hinteren Lagern gelagert ist. Ein vorderes Lager für das Flügelrad ist bei 30 veranschaulicht.centrifugally outward through the inner channels 13 into the spiral chamber 17 and then flow into the exhaust duct 19. The hot air and combustion gases are released through the Fan blades cooled by heat exchange with the room heating air. The electric motor (not shown) can drive the impeller directly drive, wherein it is supported by the housing within the outlet channel 27 on suitable supports. Instead, the engine can Drive the impeller via a belt or the like. Transmission element, the impeller in this case being supported on the frame front and rear bearings. A front bearing for the impeller is illustrated at 30.
Bei der beschriebenen Anordnung ist nur ein einziger Motor erforderlich, um die Strömungsbewegung der zu erwärmenden Raumluft und der Verbrennungsluft zum Unterhalt der Verbrennung von Brennstoff für die Erwärmung der Raumluft herbeizuführen.In the arrangement described, only a single motor is required to bring about the flow movement of the room air to be heated and the combustion air to maintain the combustion of fuel for heating the room air.
Es versteht sich, daß das Flügelrad in weit größerer Dichte mit Flügeln versehen ist, als es in Fig. 1 dargestellt ist. Um die Wärmeaustauschflächen zu vergrößern, können die Flügel eine mit ihrer Länge vergleichbare Tiefenabmessung besitzen.It will be understood that the impeller is provided with vanes in a far greater density than is shown in FIG. To the To enlarge heat exchange surfaces, the blades can have a depth dimension comparable to their length.
Das Flügelrad des Gebläses ist vorzugsweise ein Axialgebläserad mit stromlinienförmigen Flügeln.The fan impeller is preferably an axial fan impeller with streamlined blades.
Die beschriebene Luftheizvorrichtung ist klein und kompakt.The air heater described is small and compact.
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Die Abgase werden durch den Abzugskanal durch die Wirkung des Flügelrades abgeführt.The exhaust gases are discharged through the exhaust duct by the action of the impeller.
Zwischen dem Abschlußring 16 und der Spiralkammer IJ ist ein kleiner Laufspalt beibehalten, wobei der Abschlußring schmale, axialverlaufende Ringkanäle 31 mit gegenüberliegenden axialverlaufenden Planschen bildet, die den Innenumfang der Spiralkammer begrenzen. Durch die Einlasse 26 in das Gehäuse eintretende Raumluft wird in die Spiralkammer 17 durch die Kanäle 31 eingesaugt und Verbrennungsprodukte sind an einem Austreten aus der Spiralkammer 17 durch die Kanäle 31 durch dieses Einströmen von Raumluft durch die Kanäle gehindert. Di© ist der Fall, weil der Druck in der Spiralkammer aufgrund der Diffusion der durch diese und den Spiralkammerauslaß 18 strömenden Luft geringer als der atmosphärische Druck ist.A small running gap is maintained between the end ring 16 and the spiral chamber IJ , the end ring forming narrow, axially extending annular channels 31 with opposing axially extending flaps which delimit the inner circumference of the spiral chamber. Room air entering the housing through the inlets 26 is sucked into the spiral chamber 17 through the channels 31 and combustion products are prevented from exiting the spiral chamber 17 through the channels 31 by this inflow of room air through the channels. This is because the pressure in the spiral chamber is less than atmospheric pressure due to the diffusion of the air flowing through it and the spiral chamber outlet 18.
Der Wärmeaustauscher nach der Erfindung kann mit einer beliebigen Quelle eines erwärmten Strömungsmediums anstelle der der Flügelradnabe zugeführten Verbrennungsprodukte verwendet werden. Somit kann z.B. Abwärme verwendet werden, die normalerweise im Auslaß bzw. Auspuff einer Antriebsmaschine abgegeben wird.The heat exchanger according to the invention can be with any source of heated flow medium in place of the Combustion products supplied to the impeller hub are used. Thus, for example, waste heat can be used, which is normally in the Outlet or exhaust of a prime mover is discharged.
Der Wärmeaustauscher nach der Erfindung kann auch zum Kühlen ei-' nes einen Strömungsverlauf in Berührung mit den Außenflächen der Flügel aufweisenden Mediums, z.B. Luft, verwendet werden, wobei daThe heat exchanger according to the invention can also be used for cooling a flow path in contact with the outer surfaces of the Medium having wings, e.g. air, can be used, with da
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zentrifugal geförderte Medium z.B. Kühlwasser oder flüssiges Kohlendioxid ist, das durch die Zentrifugalwirkung des umlaufenden Flügelrades in einem geschlossenen Kreislaufsystem unter Einschluß der hohlen Nabe des Flügelrades zirkuliert werden kann.centrifugally conveyed medium is e.g. cooling water or liquid carbon dioxide, which is produced by the centrifugal effect of the circulating Impeller can be circulated in a closed circuit system including the hollow hub of the impeller.
In diesem Fall ist anstelle des Laufspaltes 31 eine geeignete Flüssigkeitsdichtung zwischen dem umlaufenden Abschlußring l6 und der stationären Spiralkammer 17 vorgesehen.In this case, instead of the running gap 31, there is a suitable liquid seal between the circumferential closing ring l6 and the stationary spiral chamber 17 is provided.
Das Flügelrad kann auch zum Vorwärtstreiben eines flüssigen Mediums anstelle eines gasförmigen Mediums wie Luft verwendet werden. Beispielsweise kann das Flügelrad in einem flüssigkeitsgefüllten Kanal arbeiten, um die Flüssigkeit durch diesen zu bewegen, wobei die Flüssigkeit über die Flügelaußenfläche des Flügelrads im Wärmeaustausch mit einem Medium strömt, das durch die Innenkanäle der hohlen Flügel zentrifugal nach außen gefördert wird. Ein derartiges Medium kann gasförmig oder flüssig sein und entweder die mittels des Flügelrades durch den Kanal bewegte Flüssigkeit erwärmen oder kühlen.The impeller can also be used to propel a liquid medium instead of a gaseous medium such as air. For example, the impeller can work in a fluid-filled channel to move the fluid through it, wherein the liquid flows over the outer wing surface of the impeller in heat exchange with a medium flowing through the Inner channels of the hollow wing is centrifugally conveyed to the outside. Such a medium can be gaseous or liquid and either heat or cool the liquid moved through the channel by means of the impeller.
In den Fällen, in denen das Flügelrad in einem flüssigkeitsgefüllten Kanal arbeitet, würde ein weiterer Kanal zur Zuführung eines Mediums in die Flügelradnabe, das durch die hohlen Flügel des Flügelrades zentrifugal nach außen zu bewegen ist, notwendigerweise an einem Punkt durch die Wandung des flüssigkeitsgefü Uten Kanals gehen, so daß eine weitere Dichtung an einer ge-In those cases where the impeller is in a liquid-filled Channel works, another channel would be used to feed a medium into the impeller hub through the hollow blades of the impeller is to be moved centrifugally outwards, necessarily at one point through the wall of the liquid structure Uten canal go so that another seal on a
eigneten Stelle, z.B. innerhalb des flüssigkeitsgefüllten Kanals und zwischen der Flügelradnabe und dem weiteren Kanal, vorzusehen wäre, wobei der weitere Kanal eines der Lager des Flügelrads abstützen kann.suitable location, e.g. within the fluid-filled canal and between the impeller hub and the further channel, the further channel being one of the bearings of the impeller can support.
Wenn das in die Flügelradnabe einströmende und durch die hohlen Flügel des Flügelrads zentrifugal nach außen geförderte Medium in einem geschlossenen System zirkuliert, so kann dieses ein Heiz- oder Kühlsystem sein, welches einen Teil eines weiteren Wärmeaustauschsystems bilden kann. Das System kann somit z.B. ein Kühlsystem für einen Fahrzeugmotor sein, wobei das Medium den Motor kühlt und andererseits Wärme an über die Flügelaußenflächen des Flügelrades strömende Luft abgibt.When the medium flowing into the impeller hub and centrifugally conveyed outwards through the hollow blades of the impeller circulates in a closed system, this can be a heating or cooling system, which is part of another Can form heat exchange system. The system can thus be, for example, a cooling system for a vehicle engine, with the medium the engine cools and on the other hand heat on the wing outer surfaces the impeller gives off flowing air.
Durch die Erfindung wird ein Wärmeaustausch zwischen zwei Mediumströmen, von denen jeder flüssig oder gasförmig sein kann, ohne ein Vermischen der Ströme erreicht, wobei die Strömungsbewegung beider Ströme gleichzeitig, wenn sie in das Wärmeaustauschverhältnis gebracht werden, unter Verwendung nur eines einzigen angetriebenen Organs, d.h. des Treibrades mit hohlen Flügeln, bewirkt wird. Von den Strömen können einer oder beide in einer geschlossenen Schleife unter Einschluß eines der Mediumströmungswege des Wärmeaustauschers nach der Erfindung zirkulieren.The invention enables a heat exchange between two medium flows, each of which can be liquid or gaseous, without mixing the streams, the flow movement being achieved both streams simultaneously when brought into heat exchange ratio using only a single driven one Organ, i.e. the drive wheel with hollow wings, is effected. One or both of the streams can be closed Loop including one of the medium flow paths of the heat exchanger according to the invention circulate.
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