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Wärmeaustauschvorrichtung mit einem feststehenden Speicherkörper,
insbesondere für die Erhitzung von Luft Außer den regenerativen Wärmeaustauschern
mit umlaufendem Speicherkörper sind auch Austauscher bekannt, bei welchen der von
beiderseits offenen Kanälen durchzogene Speicherkörper feststeht und zwischen dem
Speicherkörper und den Ein- und Auslässen für die wärmeaustauschenden Mittel drehschieiberartig
wirkende Steuervorrichtungen tätig sind.
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Gegenstand der Erfindung ist eine Wärmeaustauschvorrichtung dieser
Art, insbesondere für die Erhitzung von Luft, bei der die Steuervorrichtungen an
den Stirnseiten eines mit durchlaufenden Kanälen versehenen Speicherkörpers anliegen
und stetige oder aus ruckartigen Bewegungen schrittweise zusammengesetzte Umdrehungen
vollführen.
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Die Steuervorrichtungen bestehen aus umlaufenden Verteilern für das
eine Mittel, welche innerhalb des Ein- und Auslaßkanals für das andere Mittel angebracht
sind. Sie leiten das eine Mittel durch mehrere Kanäle des Körpers, während sie gleichzeitig
für das andere Mittel freien Weg durch andere Kanäle der Masse lassen.
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Beispielsweise Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes sind ill
der Zeichnung dargestellt. Abb. i zeigt einen Längsschnitt einer Ausführung der
Erfindung.
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Abb. 2, 3 und 4 zeigen Querschnitte nach den Linien 2-2, 3-3 bzw.
4-4 in Abb. i.
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Abb. 5 zeigt ,einen Längsschnitt einer zweiten Ausführung der Erfindung.
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Abb. 6, ; und 8 zeigen Querschnitte nach den Linien 6-6, 7-7 und 8-8
in A.bb. 5.
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Bei -der in Abb. 1, 2, 3 und 4 dargestellten Ausführung bezeichnet
io ein Gehäuse, das in eine obere, eine mittlere und eine untere Abteilung i 1,
12, 13 geteilt ist. Die mittlere Abteilung i2 enthält den Speicherkörper, der dazu
dient, Wärme unter Temperatursteigerung aufzunehmen und unter Temperatursenkung
wieder abzugeben, wobei Aufnahme und Abgabe der Wärme in bekannter Weise wc,chselweise
und ununterbrochen stattfinden. Als Regener.ativmasse können verschiedene Stoffe
verwendet werden, z. B. Glas, Ziegel usw. Am zweckmäßigsten wird sie indessen aus
Metall ausgeführt, und zwar in der Form abwechselnd -angeordneter gerader und gewellter
Bleche 14 bzw. 15, die eine wabenähnliche Bauart mit einer großen Zahl von geraden
Kanälen 16 zwischen den Blechen bilden. Diese Kanäle 16 erstrecken sich über die
ganze Höhe des Speicherkörpers. Die Regenerativmasse
ist in einer
zylindrischen Trommel 17 eingebaut, die die gleiche Länge wie die Abteilung I2 hat
und durch radiale und zylindrische Zwischenwände ig bzw. 2o in mehrere Abteilungen
18 geteilt ist. Der Speicherkörper ist fest eingebaut. Zwischen der Trommel 17 und
dem Gehäuse 12 ist ein wärmeisolierender Stoff vorgesehen.
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Die obere und untere Abteilung i i bzw. 12 bestehen aus je zwei Teilen,
von denen der eine die Zuführungs- und Ableitungskanäle für die wärmeaustauschenden
Mittel enthält, während -der andere die Steuervorrichtung bildet, welche fortlaufend
eine Verbindung zwischen den Ein- und Austrittskanälen einerseits und den Kanälen
16 des Speicherkörpers herbeiführt. Gleichzeitig werden die durch die Austauschvorrichtung
strömenden Mittel an einer Mischung miteinander gehindert. Die Anordnung ist dabei
so getroffen, daß eine ununterbrochene Strömung durch jeden der Ein- und Austrittskanäle
sowie durch einen Teil der Kanäle 16 für das eine Mittel und durch einen anderen
Teil dieser Kanäle für das andere Mittel stattfindet. Die Abteilungen il und 13
sind einander ähnlich; deshalb wird nur die obere Abteilung näher beschrieben, da
die Bauart der unteren Abteilung größtenteils aus der Beschreibung der oberen
Abteilung hervorgeht.
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Die Abteilung i i umfaßt einen inneren zylindrischen Auslaßkanal22
und einen ringförmigen Kanal 23, der als Zulaßkanal für die Vorrichtung dient.
Die äußeren Wände 24 und 25 dieser Kanäle sind mit dem zylindrischen Mantel 17 .des
Speicherkörpers gleichachsig angeordnet. Das eine Mittel gelangt- in den Kanal 23
durch den Einlaßstutzen 26.
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Die Verbindung zwischen der Kammer 23 und den Kanälen 16 wird .durch
eine umlaufende gerade Platte 27 gesteuert, welche die Form eines Kreisbogens hat
und durch zwei Halbmesser so-,wie zwei konzentrische Kreisbogen begrenzt wird. Durch
diese Platte 27 wird ein Teil des unteren Endes der Kammer 23 mit einem Teil der
Kanäle 16 in offene Verbindung gesetzt.
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Die Verbindung zwischen der Kammer 22 und den Kanälen 16 wird durch
einen umlaufenden, kegelig ausgebildeten Teil28 gesteuert, der an der Seite mit
einer sektoriörmig gestalteten Öffnung 29 versehen ist. Der kegelige Teil 28 und
die Platte 27 sind miteinander fest verbunden; zweckmäßig sind sie beide mit einem
vollen Ring 30 aus einem Stück gearbeitet.
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An dem kegeligen Teil 28 und der Platte 27 sind senkrechte Platten
31, 32, 33 und 34 beiestigt (Abb.3), von denen jede die Form eines Rechteckes mit
einer abgeschnittenen Ecke hat. Die Lage dieser Platten ergibt sich beim Vergleich
der Abb. i und 2 deutlich; die Platte 31 liegt unterhalb des Randes 35 der Platte
27, die Platte 32 unterhalb des Randes 36 des kegeligen Teiles 28, die Platte 33
unterhalb des Randes 37 der Platte 27 .und die Platte 34 unterhalb des Randes 38
des Kegels 28. Wenn diese senkrechten Platten nicht vorhanden wären, würden die
Kammern 22 und 23 in unmittelbarer Verbindung miteinander stehen. Infolge der parallelen
Stellung der Platten zueinander mit einem solchen gegenseitigen Albstand, daß jeder
der Kanäle 16 auf einer radialen Linie mit nur einer der Kammern 22 und 23 in Verbindung
gebracht werden kann, wird jedes Lecken von einer Kammer zur anderen wirksam verhindert.
Der kegelige Teil 28 und die senkrechten Platten 31, 32, 33 und 34 sind an einer
umlaufenden Hülse 3g befestigt, die mit einer Hohlwelle 4o in einem Stück ausgeführt
ist.
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An allen Rändern der beweglichen Teile 27, 28, 30, 31, 32, 33, 34,
39 und 4o entlang sind in an sich bekannter Weise dünne metallene Dichtungsleisten
41 vorgesehen, die mit einem Rand an dein betreffenden beweglichen Teil befestigt
sind -Lind deren anderer Rand derart gekrümmt ist, ..daß eine tangentialeFläche
gegen den festen Teil gebildet wird, an dem dieser bewegliche Teil entlanggleitet.
Zweckmäßig sind zwei Leisten zu verwenden, eine Leiste an jeder Seite des betreffenden
Teiles. Die am oberen Rand des Ringes 3o vorgesehene Dichtungsleiste gleitet in
einem rinnenförmigen, an der Wand der Kammer 22 befestigten Teil42. Die am äußeren
Rand der Platte 27 vorgesehene Dichtungsleiste gleitet in einem rinnenförmigen Tei143,
der am Gehäuse befestigt ist. Die an den unteren Rändern der Platten 31, 32, 33
und 34 vorgesehenen Dichtungsleisten gleiten über die oberen Endendes Speicherkörpers.
Die an den senkrechten äußeren Rändern der Platten 34 32, 33 und 34 befestigten
Dichtungsleisten gleiten an der Innenfläche des Gehäuses entlang. Die Platte 27,
der kegelige Teil 28, die Platten 31, 32, 33 und 34 und die Dichtungsplatten 41
bilden .die drehschieberartig wirkende Steuervorrichtung.
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Zwecks Reinblasens der Kanäle 16 ist ein wagerechtes Rohr 44 vorgesehen,
das mit dem Innern der Hohlwelle 40 in Verbindung steht und sich parallel zu einer
der senkrechten Wände erstreckt. Dieses Rohr ist mit verschiedenen Löchern versehen,
die derart angeordnet sind, daß ein dem Rohr zugeführtes Reinblasemittel, wie Luft
oder Dampf, durch diese Löcher in die Kanäle 16 strömt. Dieses Reinigungsrohr 44
läuft mit der Ventilvorrichtung um. Das Reinigungsrn@ittel wird durch ein mit einem
Ventil 62 versehenes Rohr 61 in den ortsfesten Kern 63 der Trommel
17
eingelassen und strömt dann durch Löcher 64 in die Hohlwelle 40 und das Rohr 44
ein.
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Wie bereits erwähnt, ist die untere Abteilung 13 des Gehäuses der
oberen ähnlich. Eine mittlere Kammer 45 dient als Einlaß für das durch den Kanal
22 herausströmende Mittel und ist mit einem zylindrischen Einlaßkanal 46 versehen.
Die die Kammer 45 umgebende Kammer 4.7 dient als Auslaß für das durch die Öffnung
26 hineinströmende Mittel, das durch den Kanal 4.8 ausströmt. Aus Abb.4 geht hervor,
wie der Kanal 46 sich durch die Kammer 47 erstreckt; in der in Abb. i dargestellten
Stellung stehen .der Kanal 48, die Kammer 47 und die an der linken Seite der Vorrichtung
liegenden Kanäle 16 miteinander in Verbindung.
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Eine der oben beschriebenen ähnliche Steuervorrichtung regelt die
Verbindung zwischen der Kammer 48 und den Kanälen 16 sowie zwischen der Kammer 45
und anderen Kanälen 16 des Speicherkörpers. Die untere Steuervorrichtung besteht
aus Teilen, -die den Teilen 27, 28, 3i, 32, 33, 34, 39 und 41 der oberen Steuervorrichtung
genau entsprechen und unmittelbar unterhalb derselben, aber denselben entgegengesetzt
gerichtet liegen; sie sind mit den gleichen Bezugsziffern unter Beifügung des Buchstabens
a bezeichnet. So z. B. liegt die Platte 3.1a unmittelbar unterhalb der Platte 34.
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Die Strömungsgeschwindigkeit der Mittel wird in bekannter Weise durch
in den Kammern 46 und 48 vorgesehene Ventilatoren 49 bzw. 5o bewirkt. Die Ventilatoren
sind - wie ebenfalls bekannt - beide auf gleicher Welle 5i angeordnet, deren Lager
bei 52 und. 53 schematisch angedeutet sind. Die Welle 5i wird mit Hilfe einer Riemenscheibe
54 in Drehung versetzt, die von einem Motor 55 durch den Riemen 56 getrieben wird.
Die \Nrelle 4o der Steuervorrichtungen wird bei der dargestellten Ausführung auch
vom Motor 55 her angetrieben, und zwar durch Vermittlungeines die .Geschwindigkeit
herabsetzenden Zahnradgetriebes 57 und eines Schneckengetriebes 58. Die Welle kann
in beliebiger Weise gelagert sein, z. B. in Kugellagern bei 59 und in einem unteren
Stützlager 6o.
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Die in den oben beschriebenen Abbildungen dargestellte Vorrichtung
ist für Vonwärmung von Luft mit Hilfe von Abgasen gedacht. Aus diesem Grunde sind
die Platten 33 und 34 in bekannter Weise winklig zu den Platten 31
und 33
verstellt, da das einer Feuerung zugeführte Luftvolumen kleiner ist als das Volumen
der während derselben Zeit aus der Feuerung ausströmenden Abgase. Demzufolge sind
die senkrechten Zwischenwände derart zueinander angeordnet, d.aß der Durchströmungsquerschnitt
für Luft durch den Speicherkörper kleiner als derjenige für die Abgase ist (Abb.
3).
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Die Luft wird vom Ventilator 49 in der durch die Pfeile angedeuteten
Richtung durch den Kanal 46 gedrückt und strömt dann durch die im Kegel a8a vorgesehene
Öffnung vor der Platte 34a bei der in Abb. i dargestellten Stellung in die Kanäle
16 an der rechten Seite des Apparates ein, in denen sie der diese Kanäle bildenden
Regenerativmasse Wärme entnimmt. Von diesen Kanälen strömt die Luft in den zwischen
den Platten 32 und 34 vorhandenen Raum, durch die im Kegel 28 vorgesehene Öffnung
29 und dann zu der Kammer 22 heraus. -Die Abgase treten durch die Öffnung 26 ein
und strömen durch die linke Seite des Apparates herab, wenn die Platte 27 die in
Abb. 1,:2 und 3 gezeigte Stellung einnimmt. Sie strömen dann an der rechten Seite
des unteren Kegels 28a um die Kammer .5 herum und durch den Kanal 48 heraus, wie
durch gestrichelte Pfeile angedeutet ist. Während des Durchganges durch die Kanäle
erwärmen die Gase die diese Kanäle bildende Regenerativ masse.
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Wenn die Steuervorrichtungen gedreht werden, verändern die Kanäle
16, die früher als Weg für die Abgase dienten, ihre Verbindung und dienen nunmehr
als Weg für kalte Luft. Die bisherigen Luftkanäle werden alsdann von den Heizgasen
durchströmt. Es findet also bei stillstehenden Speicherkörpern eine ununterbrochene
Erwärmung der Luft und Abkühlung der Abgase statt, und zwar unter Bewegung verhältnismäßig
leichter Teile. Gleichzeitig wird eine wirksame Trennung der Luft und ,der Abgase
voneinander erreicht.
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In Abb. 5, 6, 7 und 8 ist eine zweite Ausführung der Erfindung dargestellt,
bei welcher drei Mittel die regenerative Wärmeaustauschvorrichtung durchströmen
und die Steuervorrichtungen vereinfacht sind. io bezeichnet das Gehäuse, in welchem
der Speicherkörper angeordnet ist, der aus einer großen Zahl von Rohren ;2 gleicher
Länge besteht, durch welche und an deren äußerer Oberfläche entlang die Mittel strömen.
Oberhalb der Regenerativmasse sind drei Kammern 73, 74 und 75 vorgesehen. Die Kammern
73 und 74 stehen mit den Kanälen 76 bzw. 77 in Verhindung.
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Die Steuervorrichtung besteht aus einer geraden Platte 78, die sowohl
die Platte 27 als auch- den kegeligen Teil 28 der anderen Ausführung ersetzt. An
dieser Platte 78 sind mehrere senkrechte rechtwinklige Platten 79, 8o, 81, 82, 83
und 84 befestigt (Abb. 8). Die gerade Platte 78 ist mit drei Öffnungen 85,
86
und 87 versehen, die eine solche Größe und Stellung zueinander haben, daß sie Verbindungen
mit verschiedenen Kammern herstellen; die eine Öffnung 8.5 verbindet den unterhalb
der Platte 86 vorhandenen Raum mit der Kammer 73, die zweite Öffnung 86 verbindet
diesen Raum nur mit der Kammer 74 und die dritte Öffnung 87 verbindet diesen Raum
nur mit der Kammer 75. Die Öffnungen sind ferner derart geformt, daß keine Teile
je zweier Öffnungen in derselben radialen Linie liegen (Abb.7). Auf gewissen radialen
Linien zwischen den parallelen senkrechten Platten sind keine Öffnungen vorhanden.
Beim Vergleich der Abb. 7 und 8 ergibt sich, daß die Platten 8o und 81 unmittelbar
unterhalb der radialen Ränder der Öffnungen 85, die Platten 82 und 83 unmittelbar
unterhalb der radialen Ränder der Öffnungen 86 und die Platten 79 und 84 unmittelbar
unterhalb der radialen Ränder der Öffnung 87 liegen. Die Öffnung 85 und die Kammer
73 stehen somit nur mit dem sektorförmigen Raum 88 zwischen den Platten 8o und 81
und den in diesem Raum ausmündenden Rohren 72, die Öffnung 86 und die Kammer 74
nur mit dem sektorförmigen Raum 89 zwischen den Platten 82 und 83 sowie mit den
darin ausmündenden Rohren 72, Öffnung 87 und Kammer 75 schließlich nur mit dem sektorförmigen
Raum go zwischen den Platten 84 und 79 sowie mit den darin ausmündenden Rohren 72
in Verbindung. Durch Drehung der Platte 78 können die Kanäle, mit denen jede Kammer
in Verbindung steht, verändert werden.
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Die Platten 79, 80, 82, 83 und 84 sind an einer Hülse 39 befestigt;
die eine Mischung der Mittel in der Mitte des Apparates verhindert. Die Steuervorrichtung
wird durch die Welle 4o getragen, die in Lagern 59 gelagert ist.
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Bei dieserAusführung sind zwecks Drehung der Steuervorrichtung an
der Platte 78 in der Öffnung 87 Schaufeln gi vorgesehen, die zu der Plattenebene
winklig verstellt sind und durch das durchströmende Mittel betätigt werden.
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Der untere Teil der Vorrichtung ist dem oberen ähnlich; die den im
oberen Teil vorhandenen Teilen entsprechenden Teile sind mit denselben Bezugsziffern
mit -dem Ergänzungsbuchstaben a bezeichnet.
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Diese Vorrichtung winkt wie folgt: Angenommen, daß ein warmes abzukühlendes
Mittel x in die Kammer 75 eintritt und daß zwei verschiedene zu erwärmende Mittel
y und z in die Kammer 76d bz-#v. 77" eintreten. Bei der in Abb. 5
dargestellten Lage der verschiedenen Teile strömt das Mittel x durch die Öffnung
87, zwischen den Schaufeln gi, dann durch die Rohre 72 an der linken Seite der dargestellten
Vorrichtung und um dieselben herum; um dann durch die Öffnung 87d in der unteren
Platte 78a am Boden der Vorrichtung hinauszuströmen. Das Mittel y tritt durch den
Kanal 76a in die Kammer 73a hinein und strömt durch die Öffnung 85a der unteren
Platte 78a, dann durch Rohre 72 an der rechten Seite der Vorrichtung und in den
Raum 88 hinein, von wo es durch die Öffnung 85, die Kammer 73 und den Kanal 76 herausströmt.
Das Mittel z tritt durch den Kanal 77"
in die Kammer 74 a hinein und
strömt dann durch eine Öffnung in der unteren Platte 78a unmittelbar unterhalb der
Öffnung 86 durch die Rohre 72 im Vorderteil der Vorrichtung und um dieselbe herum,
dann durch den Raum 89, Öffnung 86 in der Platte 78, Kammer 74. und durch
den Kanal 77 heraus.
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Wenn die auf der gemeinsamen Welle 40 befestigten Steuervorrichtungen
infolge der Wirkung des Mittels auf die Schaufeln gi gedreht werden, werden die
Rohre 7:2 an der linken Seite der Vorrichtung, die früher mit den Kammern
75 und 75a in Verbbindung standen, nacheinander -mit den Kammern 73 und 73a und
den Kammern 74 und 74.a in Verbindung gebracht, so daß die Wärme, .die von den Rohren
72 aufgenommen wurde, wenn diese Rohre sich an der linken Seite der Vorrichtung
befanden und vom Mittel x durchströmt sowie bestrichen wurden, dann auf die Mittel
y und z übertragen wird.