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Wärmeaustauscher mit umlaufenden Speicherkörpern Die Erfindung betrifft
eine Verbesserung des Wärmeaustauschers mit umlaufenden Speicherkörpern nach dem
Patent 700944 gemäß welchem der Wärmeaustausch in der Hauptsache über solche Speicherkörper
erfolgt, die aus quer zur Hauptzuflußrichtung des Gases angeordneten und in der
eigenen Querrichtung bewegten Drähten oder schmalen Blechstreifen gebildet sind,
deren Umlaufgeschwindigkeit (vorzugsweise mehrfach) größer ist als die Zuflußgeschwindigkeit
des Gases. Die Wirkung dieses Wärmeaustauschers nach Patent 700 941 beruht darauf,
daß infolge der besonderen Ausbildung und Anordnung der Speicherkörper bei der Umlaufbewegung
der Gas- oder Luftstrom laminar in Schichten unterteilt wird, die erheblich dünner
sind als der gegenseitige-Abstand der Speicherkörper, und daß infolge der feinschichtigen
Verteilung ohne Verstopfungsgefahr ein äußerst wirksamer, mit gesteigerter Umlaufgeschwindigkeit
der Speicherkörper sich gleichfalls steigernder Wärmeaustausch erzielt wird. Mit
der Steigerung der Umlaufgeschwindigkeit können die Abmessungen der Speicherkörper
quer zur Durchströmrichtung
des Gases sehr stark vermindert werden,
so daß sie sogar geringer sein können als der lichte Abstand der einzelner-Speicherkörper
voneinander. .
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Die Erfindung bezweckt sowohl eine e tere Erhöhung der spezifischen
Wärmeübei@ tragungsleistung als auch eine Verbesserun der Speicherkörper des Wärmeaustauschers
nach Patent 7oo 94.1. Bei diesem Patent wird durch die Ausbildung der Speicherkörper
in Verbindung mit der hohen Umlaufgeschwindigkeit die Steigerung des Wärmeaustausches
durch die erwähnte laminare Aufteilung des Gasstromes erzielt, indem infolge der
feinen Schichten, die die Zwischenräume zwischen den als Drähte oder schmale Blechstreifen
ausgebildeten Speicherkörpern durchströmen, die Wärme mit einem erheblich kürzeren
Weg geleitet «-erden kann, um die ganze Gasschicht zti durchwärmen od,- r abzukühlen,
als wenn das Gas das Drahtgewebe senkrecht zu dessen Fläche durchströmte. Die Erfindung
bezweckt nun, daß trotz der feinschichtigen Unterteilung des Gasstromes in den Durchströmkanälen
der Speicherkörper die an sich bekanntlich für den Wärmeaustausch günstige Wirbelströmung
beibehalten und damit die spezifische Wärmeübertragungsleistung noch erhöht wird.
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Zu diesem Zweck besteht die Erfindung darin, dalli der Querschnitt
der Durchströmkanäle des umlaufenden Wärmeaustauschers derart eng ist, daß bei ungestörter
Einströmung in solche Kanäle eine laminare Strömung entstehen würde, und daß die
Durchströmkanäle gleichzeitig eine so geringe Länge haben, - daß die beim Einströmen
des Gases oder der Luft in die umlaufenden Kanäle durch Störung entstehende Wirbelbildung
nicht während der Strömung durch die Kanäle ausgeglichen werden kann. Dies wird
gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß der hydraulische Halbmesser des Querschnittes
der Durchströmkanäle des umlaufenden Speicherkörpers höchstens i inm beträgt, wohei
mit hydraulichem Halbmesser der Quotient der Fläche des Kanalquerschnittes und ihres
Umfanges gemeint ist, und daß die Länge der Kanäle in der Strömungsrichtung des
gasförmigen :Mittels höchstens 5omal so gros ist wie der livdraulisclie Halbmesser
des Kanalquerschnittes. Durch eingehende Versuche ist bestätigt worden, daß bei
Einhaltung dieser Höchstwerte für den hydraulischen Halbmesser und die Länge der
Durchströmkanäle die bei der Einströmung in die engen umlaufenden Kanäle entstehende
Wirbelbildung in hinreichendem Maße sich durch den ganzen Kanal hindurch fortsetzt.
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Innerhalb dieser Höchstgrenzen richtet sich das beste Verhältnis der
Größe der Kanallänge zum hydraulichen Halbmesser des Kanalquerschnittes nach der
jeweiligen Größe ;4,es letzteren. Im allgemeinen wird eine sehr
| e @ärmeübertragungsleistung erreicht, |
| " n die Kanallänge beispielsweise nur 25mal |
| roß wie der hydraulische Halbmesser aus- |
CHührt wird. Es ist durch Versuche erwiesen, daß bei einem hydraulischen Halbmesser
des Kanalquerschnittes von höchstens
0,5 mm bei rein laminarer Strömung zwar
eine beträchtlich verbesserte W'ärmeübertragungsleistung erzielt wird, daß diese
aber weiterhin dadurch noch beträchtlich gesteigert wird, daß die Länge der Kanäle
5o- bzw. 25mal so groß ist wie der hydraulische Halbmesser. Der Grund liegt, wie
bereits ausgeführt, darin, daß bei einer derart geringen Länge der Kanäle die beim
Eintritt des Gases in die Durchströmkanäle des umlaufenden Speicherkörpers entstehende
Wirbelwirkung nicht Zeit hat ausgeglichen zu werden und dadurch die Wärmeübertragungsleistung
weiter bedeutend erhöht wird.
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Es hat sich gezeigt, daß bei sehr kleinen hydraulischen Halbmessern,
beispielsweise von 0.25 mm und weniger, die durch die Störung an der Eintrittsstelle
entstehende Wirbelung besonders schnell in eine rein laminare Strömung übergeht.
Um bei so kleinen hydraulischen Halbmessern die bestmögliche Wirkung zu erreichen,
muß daher die Kanallänge in derartigen Fällen zweckmäßig nicht größer als io- bis
15mal so groß wie der hydraulische Halbmesser ausgeführt «-erden. Wenn erforderlich,
wird dabei die Wärmefläche in zwei oder mehrere Lagen von derartigen mit gegebenenfalls
noch kürzeren Durchströmkanälen, z. B. nur 5mal so groß wie der hydraulische Halbmesser,
versehenen Elementen geteilt, die in derDurchströmungsrichtung des Gases nacheinander
angeordnet sind.
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Nach dem Patent 700 9.11 ist der umlaufende Speicherkörper aus Drahtgewebe
oder schmalen Blechstreifen gebildet. Die Erfindung bezweckt weiterhin eine solche
Ausbildung des umlaufenden Speicherkörpers, dalli diesem bei billiger und raumsparender
Herstellung in einfacher Weise die vorbeschriebene hochwirksame Ausführung hinsichtlich
des hi-draulischen Halbmessers und der Länge der burchströmkanäle gegeben werden
kann.
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Zu diesem Zweck ist gemäß der Erfindung der umlaufende Speicherkörper
entsprechend Fig. i und 2 aus Blech mit dicht beieinander liegenden Lochungen b
gebildet. Diese Lochungen bilden die Durchströmkanäle, zwischen denen nur schmale
Streifen stehenbleiben. Werden die Löcher in Reihen angeordnet, so können die Lochungen
im Verhältnis zueinander in den angrenzenden Reihen versetzt
angeordnet
werden. In der Zeichnung sind vierkantige Löcher dargestellt, die Löcher können
jedoch auch rund oder anders ausgeführt werden.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 und 4. sind die Lochungen beispielsweise
länglich ausgeführt.
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Bei Anwendung der beschriebenen Ausführungsformen wird durch den umlaufenden
Wärmeaustauscher eine sehr gute Ventilatorwirkung erreicht. Um die bestmögliche
Ventilatorwirkung durch den umlaufenden Wärmeaustauscher zu erhalten, ist es zweckmäßig,
die Blechstärke bzw. die Blechstärken im Verhältnis zur Kanalweite möglichst groß
zu bemessen, etwa mindestens auf ein Viertel, aber möglichst auf die Hälfte des
geringsten Abstandes zwischen den Kanalwänden. Zweckmäßig werden die Lochungen gemäß
Fig. q. kegelig ausgeführt. Wenn bei einer Ausführung des umlaufenden Wärmeaustauschers
als Rauchgas-Luft-Vorwärmer das Rauchgas durch derartige Löcher von der schmäleren
Seite der Kanäle hergeleitet wird, so besteht keine Gefahr, daß Staubteilchen an
denselben haftenbleiben, insbesondere wenn der Wärmeaustauscher als ein Zvlinder
mit Durchströmung des Rauchgases in Richtung von außen nach innen ausgebildet ist.
Die Luft kann bei einem solchen Apparat ohne Nachteil von innen nach außen durch
die sich verjüngenden Kanäle geleitet werden.
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Die Ausbildung des umlaufenden Speicherkörpers aus gelochtem Blech
bietet den weiteren Vorteil, daß er bedeutend steifer ist als ein Speicherkörper
aus Drahtgewebe und aus ihm deshalb leichter und zuverlässiger ein Speicherkörper
von genau zylindrischer Gestalt hergestellt werden kann. Infolgedessen kann auch
der Spielraum zwischen. dem zylindrischen Speicherkörper und dem umgebenden Gehäuse
kleiner gehalten werden als bei der Anwendung von Drahtgewebe, so daß das Vermischen
von verschiedenen Gasen oder von Gasen und Luft bei dem vorliegenden Wärmeaustauscher
möglichst gering wird.
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Gemäß Fig. 5 und 6 sind die Lochungen in dem zur Bildung des umlaufenden
Speicherkörpers dienenden Blech nach Art einer Reibeisenlochung hergestellt. Dies
bietet den besonderen Vorteil, daß der Durchströmwiderstand in den durch die Lochungen
gebildeten Kanälen beträchtlich herabgesetzt wird.
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Gemäß der Ausführungsform nach Abb. 7 und 8 ist das Blech zwischen
den Lochungcn c herausgebogen, so daß die herausgebogenen Teile als Gebläseschaufeln
wirken. Auch bei dieser Ausführungsform wird der Durchströmwiderstand in den Kanälen
c des Speicherkörpers herabgesetzt. In Fig.8 geben die Pfeile die Umlaufrichtung
und die Durchströmrichtung eines aus diesem Blech gebildeten zylindrischen Speicherkörpers
an.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. 9 und io sind die Lochungen e durch
zungenförmige Einschnitte des Bleches und Aufbiegen der eingeschnittenen Zungen
f hergestellt. Diese Ausführungsform bietet den besonderen Vorteil, daß die Herstellung
der Kanäle ohne Materialverlust erfolgt, so daß die Wärmeaüstauschfläche des Bleches
nicht herabgesetzt, sondern sogar etwas vergrößert wird. Auch hier wird durch die
aufgel)ogenen Zungen f eine gebläseschaufelartige Anordnung geschaffen, die zudem
eine erhöhte Wärmefläche besitzt. In Fig. io bezeichnen die Pfeile die' Umlaufrichtung
und die Durchströmrichtung eines aus diesem Blech gebildeten zylindrischen Speicherkörpers.
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Sämtliche beschriebenen Ausführungsformen können in bekannter Weise
mit Wellungen zur Erhöhung der Wärmeübertragungsfläche ausgeführt werden.
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Der umlaufende Speicherkörper kann auch durch dünne Lamellen oder
Blechstreifen oder andere dünne Elemente gebildet werden, die in der Hauptsache
parallel verlaufen und durch quer verlaufende dünne Elemente ähnlicher oder anderer
Art zusammengehalten werden.
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Je nach den Betriebsverhältnissen kann der umlaufende Speicherkörper
auch aus zwei oder mehreren Schichten aus gelochtem Blech aufgebaut werden, die
umeinander oder nebeneinander angeordnet sind. Bei der Verwendung mehrerer derartiger
Schichten können gegebenenfalls verschiedeneAusführungsformen des Bleches miteinander
in ein und demselben Wärmeaustauscher vereinigt werden.
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Der umlaufende Speicherkörper kann entsprechend dem Patent 700 941
entweder als Zylinder oder als ein anderer zweckdienlicher Umdrehungskörper mit
radialer Strömung der gasförmigen Mittel ausgebildet sein oder scheibenförmig für
axiale Strömung ausgeführt werden.