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Verfahren zum Wärmeaustausch zwischen flüssigen oder gasförmigen,
durch eine umlaufende Wand voneinander getrennten Mitteln. Beim Wärmeaustausch zwischen
gasförmigen oder flüssigen Mitteln ist man bisher gewöhnlich in der Weise verfahren,
daß diese Mittel durch mittels Wände voneinander getrennte Kanäle geleitet werden,
wobei die Wärme von dem einen Mittel an die Scheidewand übertragen wird und durch
diese hindurch an das andere Mittel übergeht. Die hierbei ül:erfiihrte Wärmemenge
ist bekanntlich gleich der Fläche, durch die der Wärmeaustausch vor sich geht, mal
einer gewissen Wärmeübergangszahl und dem Temperaturunterschied zwischen den Mitteln.
Für den Austausch einer bestimmten Wärmemenge ist also bei einem bestimmten Temperaturunterschied
eine Wärmeübergangsfläche erforderlich, deren Größe zu der Wärmeübergangszahl umgekehrt
proportional ist.
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Die Größe dieser Zahl ist aber von der Geschwindigkeit sehr abhängig,
mit der die Mittel an den wärmeübertragenden Flächen vorbeigehen. Ist diese Geschwindigkeit
niedrig, so ist auch der Wert der Wärmeübergangszahl klein. Diese Zahl wächst jedoch,
wie von Prof. N u s s e 1 nachgewiesen wurde, mit zunehmender Geschwindigkeit sehr
schnell. In der Regel sind nun die Geschwindigkeiten, mit denen die Mittel an der
Wärtneübergangsfläche vorbeigehen, sehr niedrig und nehmen nach den Kanalwänden
zu stark ab, um sich an diesen Wänden dem Wert Null zu nähern. Dies gilt besonders
für gasförmige Mittel, bei denen infolgedessen der Wärmeaustausch sehr schlecht
ist, so daß große Wärmeübergangsflächen erforderlich sind.
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Diese Umstände führen besonderes bei Einrichtungen zur Verwertung
der Wärme in Abgasen von Dampfkesseln o. dgl., zum Vorwärmen von Speisewasser, Luft
usw. dadurch zu großen Ungelegenheiten, daß diese Einrichtungen großen Raumbedarf
haben und sehr teuer sind, weil sie so große Wärmeaustauschflächen haben müssen.
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Durch die Erfindung ist dieser tbelstand i>eseitigt. Die Erfindung
besteht darin, daß der Wärmeaustausch zwischen den beiden .Mitteln durch eine gegeniil:er
dein einen oder beiden Mitteln in schnelle Bewegung versetzte Scheibe o. dgl. erfolgt,
wodurch ein höherer Wert der Wärmeübergangszahl erreicht ist. Soll beispielsweise
von einem gasförmigen Mittel auf ein flüssiges Mittel oder umgekehrt Wärme übertragen
werden, so ist der Wärmeübergang zwischen der Wand und dem flüssigen Mittel viel
besser als zwischen dem gasförmigen Mittel und der Wand. Deshalb kann in solchen
Fällen die Erfindung vorteilhaft in der Weise Verwendung finden, .daß die Wand nur
gegenüber dem Mittel mit niedriger Wärmeübergangszabl in schneller Bewegung ist,
während gegenüber dem anderen Mittel mit größerer Wärmeübergangszahl je nach der
Größe dieser Zahl nur eine langsame oder überhaupt keine Bewegung der Wand stattfindet.
Hierdurch ist die Möglichkeit gegeben, während des Betriebes von der Wärmeübergan2sfläche
auf der einen Seite ebensoviel Wärme aufnehmen zu lassen, wie auf der anderen abgegeben
wird.
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Auf der Zeichnung sind verschiedene Vorrichtungen zur Durchführut,g
des Verfahrens nach der Erfindung veranschaulicht. Abb. i ist ein Längsschnitt,
Abb. 2 ein Schnitt nach A-B der Abb. i durch eine Ausführungsform. Abb. 3 und .t
zeigen eine zweite Ausführung in Längs- und Querschnitt. Eine dritte Vorrichtung
ist in den Abb. 5 und 6 veranschaulicht, wobei Abb. 5 ein Querschnitt nach E-F der
Abb.6 ist und Abb.6 zur Hälfte eine Draufsicht und zur anderen Hälfte einen Schnitt
nach C-D der Abb. 5 darstellt. Abb. 7 und 8 zeigen eine vierte Ausführungsform im
Längsschnitt bzw. Querschnitt nach G-H der Abb.7. Abb. 9 gibt eine Einzelheit der
Vorrichtung nach Abb. 7 und 8 in anderer Ausführung wieder.
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Die in Abh. i und 2 veranschaulichte Ausführungsform dient zur Übertragung
von
Wärme aus Abgasen an Luft. Auf einer Welle 2, die durch irgendeine
Antriebskraft in Umdrehung versetzt wird, ist eine Anzahl dünner Scheiben 3, beispielsweise
aus Blech, befestigt, so daß sie sich finit der Welle drehen. Mittels Scheidewände
¢ wird durch jeden zweiten der zwischen den Scheiben 3 liegenden Räume kalte Luft
geleitet, während durch die übrigen Räume 6 zwischen denselben Scheiben beispielsweise
warme Abgase ziehen. Diese Abgase geben dann durch die sich schnell drehende Scheiben
3 hindurch Wärme an die kalte Luft ab. An den Übergangsstellen 7 zwischen den Wänden
¢ und den Scheiben 3 sind Dichtungen vorgesehen. Diese Dichtungen können in bekannter
Weise so angeordnet sein, @daß etwa entstehendes, durch die Fliehkraft fortgeschleudertes
Kondensat durch die Dichtungen abgeleitet werden kann. Mittels an den Scheiben 3
angeordneter Schaufeln oder Flügel 8 und gegebenenfalls mittels Leitschaufeln 9
kann .die Luft in die für den Durchtritt durch die Vorrichtung erforderliche Bewegung
versetzt werden, wobei jedoch die gegenseitige Bewegurig zwischen Luft und Scheiben
3 beibehalten wird. In diesem Fall sind besondere Gebläse überflüssig. Um das Eindringen
von Gas und dessen Mischung finit der Luft zu vermeiden, wird das Gas zweckmäßig
unter niedrigerem Druck gehalten als die Luft. Ist dann an irgendeiner Stelle eine
Undichtigkeit vorhanden, so kann nur etwas Luft in die Gase übertreten, während
die Hauptluftmenge selbst nicht verunreinigt werden kann.
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Die Ausführungsform nach Abb. 3 und q. unterscheidet sich von der
soeben beschriebenen Ausführung dadurch, daß eine oder mehrere drehbar gelagerte
Scheiben so angeordnet sind, daß beide Seiten eines Teiles jeder Scheibe mit dem
einen 1Zittel in Berührung ist, während der übrige Teil der Scheibe auf beiden Seiten
mit dem anderen Mittel in Berührung steht. Hierbei ist jeder der Zwischenräume zwischen
den Scheiben 3 durch eine Zwischenwand ioin zwei Kammern s und6 unterteilt. Werden
nun beispielsweise warme Gase durch die Kammer 5 und kalte Luft durch die Kammer
6 geleitet, so erwärmen sich die Scheiben 3 beim Hindurchtreten durch die warmen
Gase in der Kammer 5 und geben ihre Wärme an die Luft in der Kammer 6 ab. Durch
die schnelle Drehung der Scheiben 3 wird ein ausgezeichneter Wärmeaustausch zwischen
dem Mittel der Kammer 5 und demjenigen der Kammer 6 erreicht, und zwar infolge der
hohen Wärmeübergangszahl wegen der schnellen Bewegung der Scheiben gegenüber den
Gasen und der Luft.
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Bei der in Abb. 5 und 6 dargestellten Ausführungsform ist ebenfalls
eine sich drehende Welle 2 mit Scheiben 3 aus Blech o. dgl. vorhanden. Das warme
Mittel, beispielsweise Abgase einer Dampfkesselfeuerung o. dgl., tritt durch die
Öffnung 12 ein und durch die Öffnung 13 aus. Das ztt erwärmende Mittel, beispielsweise
Luft, tritt bei der Üffaung 1d. ein, um nach Vorübergehen an den anderen Seiten
der Scheiben 3 aus der Öffnung 15 wieder auszutreten. Die verschiedenen Kanäle für
Gas und Luft sind hier dadurch gebildet, daß in den Blechen 16, 17 Ausschnitte gemacht
sind, die so zueinander liegen, daß einem Ausschnitt in dem einen Blech ein nicht
ausgeschnittener Teil in dem anderen Blech entspricht. Auf diese Weise werden bei
dem Zusammensetzen der in der erforderlichen Weise gebogenen Bleche die äußeren
Begrenzungsflächen der Räume zwischen den Scheiben 3 gebildet. An den Seiten sind
auch hier Wände4 vorgesehen. Durch eine Wand 18 werden die obere und die untere
Begrenzungsfläche der Kanäle gebildet.
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Bei der @-orrichtung nach Abb. 7 und 8 ist unbedingte Dichtheit zwischen
den beiden .Mitteln gewährleistet. Auf einer stillstehenden Welle 2o sind radiale
Scheiben 2i mittels Stifte 22 o. dgl. befestigt. Um diese Scheiben dreht sich ein
Gehäuse 23 in dem von den Wänden 24 für das eine Mittel gebildeten Kanal. Dieses
Gehäuse ist mittels Zapfen 25 in Lagern 26, 27 gelagert und wird von außen her mittels
einer Riemenscheibe 28 in Umdrehung versetzt. Für manche Fälle ist die Anordnung
von Lagerklötzen 29 aus Pockholz o.dgl. zum Halten des umlaufenden Gehäuses 23 zweckmäßig.
Diese Lagerklötze müssen dann so angeordnet werden, daß sie zwischen sich einen
ausreichenden Durchlaßquerschnitt für das im Innern durch das Gehäuse 23 hindurchgeleitete
Mittel freilassen. Eine solche Anordnung ist von Vorteil, wenn dieses Mittel eine
Flüssigkeit, beispielsweise Wasser, ist. Das Mittel wird durch eine Leitung
30 zugeführt und geht in Richtung der Pfeile über die Kanten der Scheiben
21 hinweg, um schließlich durch die Leitung 31 wieder auszutreten. Damit dieses
Mittel nicht an der Drehung teilnimmt, sind an den Seiten der Scheiben 21 Rippen
32 vorgesehen (Abb. 7 uhd 8).
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Diese Ausführungsfortn ist besonders für die Übertragung von Wärme
von einem gasförmigen Mittel auf ein flüssiges Mittel geeignet, wobei das flüssige
Mittel zweckmäßig durch das Gehäuse 23 hindurchgeleitet wird. Dieses Gehäuse kann
in vielen Fällen auch mittels Außenlager gehalten werden, wobei die Lager zweckmäßig
zwischen die einzelnen Kammern gelegt werden.
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Mitunter kann die Anbringung von Schaufeln o. @dgl. an den sich drehenden
Teilen
zur Einwirkung auf die Mittel zweckmäßig sein.
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Um bei den Ausführungen nach Abb. i und 2 und Abb. 5 und 6 Undichtigkeiten
zu vermeiden, wird zweckmäßig eine Labyrinthdichtung zwischen den Außenkanten der
umlaufenden Scheiben und den Außenkanten der die Kanäle trennenden Wände vorgesehen.
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Die Ausführung nach Abb.9 unterscheidet sich von der Abb. 7 und 8
dargestellten Ausführung dadurch, daß die Scheiben 2i auf der Welle 2o achsial verschiebbar
sind. Hierdurch ist die selbsttätige Einstellung der Schei.-ben in den verschiedenen
Kammern des Gehäuses 23 in der richtigen Lage gewährleistet, wenn sich das Gehäuse
unter der Einwirkung der Drücke der beiden Mittel in achsialer Richtung ausdehnt.
Wie Abb. 9 zeigt, sind die Scheibenei auf Naben4o befestigt, die mittels Nut und
Feder auf der Welle 2o achsial verschiebbar sind. Die Verschiebung wird durch die
auf der Welle 2o drehbaren Stützlager 41 für das Gehäuse 23 bewirkt, wenn die Lager
beispielsweise infolge einer Ausdehnung des Gehäuses achsial verschoben werden.
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Mitunter ist von Wichtigkeit, daß in einer bestimmten Richtung kein
Übertritt von Teilen des einen Mittels in das andere Mittel erfolgen kann. Zu diesem
Zweck wird das eine Mittel unter höherem Druck gehalten als das andere. Um zu verhindern,
daß zwischen dem umlaufenden Teil und dem Mittel eine Schicht des letzteren an der
Drehung teilnimmt, kann der umlaufende Teil korrugiert werden, beispielsweise spiralförmig
oder radial ausgeführt sein, wodurch eine derartige Schicht von ihm stets ferngehalten
und ein guter Wärmeübergang erzielt wird.
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Die beschriebene Erfindung ist u. a. für die Kondensierung von Dämpfen
sehr geeignet, wobei ein wesentlich besserer Wärmeübergang von dem zu kondensierenden
Dampf auf das Kühlmittel erreicht wird als bei den bisher gebräuchlichen Kondensatoren.