-
Wärmeaustauscher Die Erfindung betrifft einen Wärmeaustauscher, der
aus zwei oder mehreren Einzelauistauschern besteht, von denen jeder eine wärmespeichernde,
durch Trennwände in Zellen unterteilte Hohlform aufweist, die drehbar in einen ringförmigen
Gehäuse untergebracht ist und infolge der Drehung abwechselnd von einem heißen und
einem kalten Wärmeaustauschmittel durchströmt wird.
-
Der Nachteil derartiger Wärmeaustauscher liegt vo,r allen Dingen darin,
daß sie einen verhältnismäßig kleinen Durchflußquerschn.itt haben und bei größeren
Druckunterschieden zwischen den beiden WärmeaustauschmittelnLeckverluste zu verzeichnen
sind, wie z. B. bei Anlagen zum Herstellen von Sauerstoff oder bei Gasturbinenanlagen,
wo die heißen Abgase zum Erwärmen des kälteren von einem Kompressor zugeführten
Kraftgases dienen.
-
Die Nachteile der bekannten Ausführungen werden nun gemäß der Erfindung
vor allen. Dingen dadurch beseitigt, daß die Hohlformen der verschiedenen Einzelaustauscher
gleichzeitig um eine gemeinsame Achse drehbar sind und ihre ringförmigen Gehäuse
in einem gemeinsamen Außengehäuse liegen, das Öffnungen und Durchlässe in solcher
Anordnung aufweist, daß das heiße Wä.rmeaustauschmittel durch alle in der einen
Gehäusehälfte liegenden Hohlformern hindurchströmt, während das kältere Wärmeaustauschmittel
parallel
zum heißen durch alle in der anderen Gehäusehälfte befindlichen
Hohlformen hindurchgeführt wird.
-
Voriugsw :eise sind die zwischen den einzelnen Zellen der Hohlformen,
liegenden radialen Trennwände an ihren seitlichen Stirnwänden mit federnden Dichtungsringen
versehen, die ähnlich wie Kolbenringe wirken und sich dichtend gegen die Wandung
des ringförmigen Gehäuses legen, so daP das Übertreten des einen Wärmeaustauschmittels
zum anderen unterbunden, ist.
-
Nähere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung
der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele. Es zeigt Fig. i einen Längsschnitt
durch eine Ausführungsform mit drei gleichachsig angeordneten Hohlformen, Fig. 2
einen Längsschnitt durch eine weitere Ausführungsform mit konzentrisch angeordneten
Höhlformen und Fig.3 einenTeilschnitt durch.Fig.2 nachLinie 3-3-Der Wärmeaustauscher
nach Fig. i besteht aus einem Gehäuse G, das, wie die Zeichnung erkennen läßt, aus
einzelnen Gehäuseringen aufgebaut sein kann. Das Gehäuse G ist durch eine mittlere
Trennwand G' unterteilt. Auf jeder Seite der Trennwand G' liegen Ein- und Auslässe,
und zwar befindet sich auf der linken Seite der Ein.laß H und der Auslaß H' und
auf der rechten Seite der Einlaß T und der Auslaß T'.
-
Ferner ist auf der linken. Gehäuseseite eine Trennwand h: und auf
der rechten Gehäuseseite eine Trennwand L im Gehäuse G' vorgesehen. Beide Trennwände
K, L verlaufen schräg zur Mittellängsachse des Gehäuses G'. Sie bilden im Längsschnitt
gesehen eine V-Form und trennen die Einlässe H und J von den Auslässen H' und J'.
Beide Trennwände K, L ergeben zusammen eine trichterartige Form. In den Trennwänden
K, L sitzen ringförmige und im Ouerschnitt kreisförmige Gehäuse D, E, F,
die
entweder gesondert in die Wände eingelassen oder aber in den Wänden selbst gebildet
sein können. In diesen ringförmigen Gehäusen D, E, F
sind sogenannte Hohlformen
A, B, C drehbar gelagert, die aus einzelnen Zellen bestehen, welche durch
radial verlaufende, z. B. bei der Hohlform C mit C bezeichnete Trennwände
voneinander getrennt sind. Die Trennwände C haben an: ihren beiden außenliegenden
Längsstirnwänden Dichtungsringe C2, mit denen sie sich dichtend gegen die Wandungen
der ringförmigen Gehäuse A, B, C
legen. Die Hohlformen. bzw. ihre Zellen sind
aus wärmespeicherndem Werkstoff hergestellt oder mit einem solchen gefüllt. In den
Wandungen. der ringförmigen Gehäuse A, B, C bzw., falls sie aus den Wandungen
K, L gebildet sind, in diesen, sind Öffnungen K', L' vorgesehen:, über die das Wärmeaustauschmittel,
z. B. Gas, von den Einlässen J bzw. H zu den Auslässen. F bzw. H'
strömen kann. Zwischen den Öffnungen K', L' liegt eine sich hinter die Trennwand
G' erstreckende tote Zone. Die in den Längsstirnseiten der Trennwände
C der Zellen sitzenden Dichtungen C= verhindern, daß an dieser Stelle am
Umfang der Hohlformen Leckverluste auftreten können und ein Teil des einen Wärmeaustauschmittels
zu dem anderen gelangt.
-
Die in den ringförmigen Gehäusen D, F_, F liegenden Hohlformen
A, B, C werden gemeinsam von einer Kraftquelle angetrieben, so daß sie sich
in ihren Gehäusen D, E, F um die Trennwand G' und um die Längsachse des Gehäuses
G drehen. Der Antrieb kann dabei in jeder geeigneten `''eise erfolgen. Die Hohlformen
A, B, 'C liegen vorzugsweise im gleichen Abstand in axialer Richtung übereinander.
Wird der Wärmeaustauscher z. B. in Verbindung mit einer Gasturbine verwendet, dann
kann der Antrieb über ein von der Turbinenwelle aus angetriebenes Untersetzungsgetriebe
stattfinden. Die Drehung kann ununterbrochen oder absatzweise vorgenommen werden,
je nachdem, wie die Anforderungen sind.
-
Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. i erfolgt der Antrieb über ein
Zahnradgetriebe, das von der Welle 31 betätigt wird, die über den Kegelradtrieb
M', N eine Welle N' antreibt, auf der die Zahnräder N2 sitzen, welche in auf.
der Welle O' befindliche Zahnräder O eingreifen. Die Welle O' trägt ferner Zahnräder
02, durch die die Antriebskraft auf an den Hohlformen A, B, C sitzenden Zahnkränzen
R übertragen wird. Jede Hohlform hat einen derartigen Zahnkranz R. Der Antrieb ist,
z. B. durch entsprechende Durchmesserbemessung .der Zahnräder 02, so abgestimmt,
daß die Hohlformen A, B, C mit annähernd gleicher Geschwindigkeit umlaufen.
-
Ein in das Gehäuse G durch den Einlaß T eintretendes Wärmeaustauschmittel,
z. B. Gas, gelangt . über die in :der Wand L befindlichen Öffnungen L' in die ringförmigen
Gehäuse D, E, F und durchströmt diese und damit die darinliegenden Hohlformen
A, B, C ungefähr radial, um über die in. der gegenüberliegenden Wandung der
ringförmigen Gehäuse sitzenden Öffnungen L' aus- und: dadurch in den Auslaßkanal
T einzutreten, wo sie in Richtung des Pfeiles abziehen. Auf seinem Wege durch
die rechte Seite des Austauschers hat das Wärmeaustauschmittel, also hier das Gas,
die Hohlformen A, B, C erwärmt, die nun bei ihrer weiteren Drehung in .den
linken Teil des Austauschers gelangen, wo sie von dem kälteren bei H ein- und bei
H' austretenden Wärmeaustauschmittel in gleicher Weise, nur im umgekehrten Sinn,
wie vorstehend beschrieben, durchströmt werden und dabei ihre vorher aufgenommene
Wärme an das kältere Wärmeaustauschmittel abgeben und es dadurch erwärmen.
-
Das Außengehäuse G hat im allgemeinen, zylindrische Form, kann aber
auch jede andere Gestalt aufweisen.
-
In einigen Fällen können die Hohlformen A, B, C
gleichen Durchmesser
haben. Dann weisen die ringförmigen Gehäuse D, E, F ebenfalls gleichen Durchmesser
auf. Die Hohlformen liegen dann in axialer Richtung so im Abstand übereinander,
daß das Außengehäuse G völlig zylindrische Form haben kann. Der Gasdurchgang durch
die Hohlformen erfolgt hier in genau radialer Richtung.
Der Querschnitt
der ringförmigen Gehäuse D, E, F und der der Hohlformen A, B, C ist
Vorzugsweise kreisförmig. Es kann aber auch eine andere geeignete Form gewählt werden,
wie z. B. eine elliptische oder eine ähnliche Gestaltung, die in glatter ununterbrochener
Kurve verläuft. Diese Formen können .durch Scheiben und Ringe, ähnlich wie beschrieben,
abgedichtet werden.
-
Bei der Ausführung nach Fig. 2 haben die Hohlformen A', B',
C verschiedenen Durchmesser. Sie liegen in konzentrisch zu ihrer gemeinsamen
Achse angeordneten: ringförmigen Gehäusen D', E', F. In diesem Fall
strömen die Wärmeaustauschmittei durch in gesonderten Gehäusen sitzende Durchlässe
P2, Q2; P3, Qs. Das eine Gehäuse weist die miteinander verbundenen Teile P, Q und
das andere die Teile P', Q' auf. Der Durchilaß P2 im Gehäuse P dient zum Eintritt
des Wärmeaustauschmittels, das, nachdem es die Hohlformen passiert hat, durch die
Austrittsöffnung Q2 austritt. Das entgegengesetzt strömende Wärmeaustauschmittel
tritt :bei Q3 in das Gehäuse Q' ein und bei P3 aus dem Gehäuse P' aus, nachdem es
durch die Hohlformen A', B', C ge-
strömt ist.
-
Der Antrieb der Hohlformen erfolgt folgendermaßen: Die über ein an
ihrem Ende sitzendes Zahnrad angetriebene Welle N' überträgt die Antriebskraft mittels
der Zahnräder N2 auf die auf der Welle 0' sitzenden Zahnräder O. Wie die Fig. 3
erkennen läßt, sitzen auf der Welle 0' noch Zahnräder 02, die in Ritzel
T2, S2 eingreifen, die auf denselben Wellen sitzen, wie die Ritzel T, S,
welche in je einen an den. Hohlform-en A', B', C' sitzenden Zahnkranz R eingreifen
und dadurch die betreffenden Hohlformen drehen. Jede Hohlform hat einen derartigen
Zahnkranz R. Jedem Zahnkranz sind zwei Zahnräder T, S zugeordnet. Die Zahnräder
T, S sind, wie es Fig. 3 deutlich erkennen läßt, an einer Seite ihres Umfanges abgeflacht.
Die Abflachungen T', S' dienen zum Überbrücken der Stellen der Hohlformen, an deren
die Trennwände der einzelnen Zellen sind. Dort ist .nämlich keine Zahnung im Zahnkranz
R vorhanden. Wenn z. B. der flache Teil T' des Ritzels T an der Stelle
des Zahnkranzes R ist, wo die Zwischenwand U sitzt, die zwei benachbarte Zellen
der Hohlform, z. B. A, trennt, dann würde, wenn kein weiteres Zahnrad in den Zahnkranz
eingreift, die Drehbewegung unterbrochen sein. Das ist im vorliegenden Fall dadurch
verhindert, .daß das zweite Ritzel S in den Zahnkranz R der Hohlform eingreift und
sie weiterdreht. Beide Ritzel T, S unterstützen sich also gegenseitig beim Überbrücken
der durch die Trennwände U in dem Zahnkranz hervorgerufenen toten Stellen oder Lücken.
Die Anordnung nach Fig. 2 kann verwendet werden für eine Anlage mit mehreren Hohlformen,
die sämtlich gleichzeitig angetrieben werden. Die Gase durchströmen die Hohlformen
aller Einheiten in umgekehrten Richtungen.
-
Die Hohlformen und- auch die ringförmigen Gehäuse können unter sich
gleiche Größe und gleichen Querschnitt haben, können aber, falls erforderlich, unterschiedliche
Abmessungen aufweisen. Das richtet sich nach den jeweils vorherrschenden Bedingungen
und Erfordernissen.