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Wärmeaustauscher. Die Erfindung bezieht sich auf zylindrische Wärmeaustauscher,
im besonderen auf solche, bei denen ein durch geeignete Antriebsmittel betätigter
Rotor umläuft, der aus zwei Kopfstücken besteht, die durch Rohre verbunden sind,
welche von .dem einen der wärmeaustauschenden Mittel, d. h. das innere, durchströmt
sind, während ein den Rotor aufnehmendes Gehäuse das andere der wärmeaustauschenden
Mittel, d. h. das äußere, führt.
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Wärmeaustauscher der genannten Art sollen gemäß der Erfindung derart
verbessert werden, daß ein hochgradiger Wärmeübergang zwischen dem äußeren und inneren
Mittel stattfindet, wobei zugleich ein wirtschaftlicher Kraftaufwand für den Antrieb
des Rotors gewährleistet sein soll. In Fällen, in denen ein Verbrennungsgas das
eine der durch den Wärmeaustauscher strömenden Mittel bildet, ist zu erwarten, daß
dieses Gas feste Teilchen mit sich führt, z. B. unverbrauchten Brennstoff, Asche,
Ruß oder andere unverbrannte Stoffe. Im Hinblick hierauf bezweckt die Erfindung,
einen Wärmeaustauscher zu schaffen, bei welchem nicht nur eine Ablagerung der Fremdkörper
auf den Wärmeaustauschflächen verhindert wird, sondern auch eine Ausscheidung der
Teilchen aus dem Gasstrom stattfindet, so daß diese Teilchen für anderweitige Zwecke
gesammelt werden können.
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Nach der Erfindung wird der Rotor eines einschlägigen Wärmeaustauschers
mit Flächen ausgestattet, auf welche eines der Mittel beim Eintritt
in
den Austauseher auftrifft und so eine Antriebskraft erzeugt, welche die an sich
vorhandenen Antriebsmitttel in ihrer Funktion unterstützt.
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So kann eine Ausführungsform des Erfindungsgedankens darin bestehen,
daß das Einlaßkopfstück des Rotors im, Innern mit einem Ring geneigter Schaufeln
oder Flügel ausgestattet ist, die ein im Wege des eintretenden inneren Mittels liegendes
Turbinenaggregat bilden, das den Rotor zu drehen verslicht.
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Eine andere Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß der eine
der Rotorkopfstücke Aufprallflächen aufweist, auf welche das zugeführte äußere Mittel
auftrifft und so eine Antriebskraft für den Rotor bildet. Diese Aufprallflächen
können zwischen einem hohlen Zapfen des Kopfstückes und dem Hauptkörper des letzteren
angeordnet sein. Zweckmäßig weist dabei das Kopfstück eine Anzahl von schrägen Rohrästen
auf, die das innere Mittel führen und- den erwähnten hohlen Zapfen des Kopf-stuckes
mit der Rohrwand verbinden, an deren anderer Seite- die Rohre des Rotors endigen.
- Um Flächen zu bilden, auf welche das anlangende äußere Mittel auftrifft, werden
die Rohräste abgeflacht oder finit einem mondsichelartigen oder sönstwie geeignieten
Querschnitt versehen.
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In der Zeichnung zeigt Fig. i einen !Längsschnitt eines. Wärmeaustauschers
gemäß der Erfindung in ein=er ersten Ausführungsform; Fig. 2 veranschaulicht, teils
in Ansicht, teils im Schnitt, ein weiteres Ausführungsbeispiel des Erfindungsgedankens;
Fig. 3 ist ein Querschnitt flach Linie A-B der Fig. 2; 'Fig.4 veranschaulicht schematisch
ein weiteres Ausführungsbeispiel des Erfindungsgedankens.
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Der in Fig. i dargestellte Wärmeaustauscher besteht aus einem Gehäuse
i, das seitlich durch Deckel 2, 3 begrenzt wird. Innerhalb des Gehäuses befindet
sich ein aus einem Bündel von Rohren 4 bestehender Rotor. Die Rohre verlaufen zwischen
Eimaß- und Auslaßkopfstück 5, 6. Am Gehäuse i befindet sich ein Einläßstutzen 7
und ein Auslaßstutzen 8, wobei der Einlaßstutzen 7 mit dem Innern des Gehäuses durch
eine langgestreckte, schlitzartige Öffnung in Verbindung steht, die sich auf den
größeren Teil der Länge zwischen den. Kopfstücken erstreckt. Umgekehrt kann -auch
der Auslaßstutzen 8 eine schlitzartige Verbindung mit dem Gehäuse i aufweisen, öder
es können beide Anschlüßstutzen in dieser Weise mit dem Gehäuse verbunden sein.
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Wie bei einigen bekannten Konstruktionen von Wärmeaustauschern der
hier in Betracht kommenden Art sind auch beim Erfindungsgegenstand die Kopfstücke
des Rotors mit Hohlzapfen9, io ausgerüstet, die zur Zu- und Ableitung des den Rotor
durchströmenden Mittels dienen und in Lagern der Endwände 2, 3 drehbar sind. Die
Abdichtung gegen ein Durchlecken -kann durch irgendwelche geeigiieten Mittel, z.
ß. eine Labyrinthdichtung, erfolgen. Einer der Zapfen, im Zeichnungsbeispiel der
Zapfen io, ist innen mit einem Drehkreuz ii ausgestattet, das mit der Antriebswelle
12 des Rotors gekuppelt wird, die ihrerseits außerhalb des Gehäuses mit einer Riemenscheibe
13 oder anderen Mitteln zur Überleitung der Antriebskraft versehen ist.
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Die Rohre 4, die zwischen den Kopfstücken 5, 6 verlaufen, sind mit
den ringförmigen Randbezirken der letzteren verbunden und können entweder gerade
oder wie im Zeichnungsbeispiel schraubenförmig gekrümmt sein. Sie weisen einen kleinen
oder wenigstens verhältnismäßig kleinen, lichten Querschnitt auf und können entweder
von zylindrischer oder anderer Querschnittsform sein. Zweckmäßig werden sie, wie
im' Zeiehnungsbeispiel veranschaulicht, flach, oval oder elliptisch profiliert,
können aber auch irgendeine andere abgeflachte Querschnittsform aufweisen, derart,
daß das Mittel sie in dünner Schicht durchströmt und zugleich eine große Strahlungsfläche
entsteht. Falls erwünscht, können die Rohre außen mit Stegen oder Rippen versehen
werden, um die wärmeleitende Fläche zu vergrößern. Der besseren Übersicht wegen
sind in Fig. i nur ein .ganzes schraubenförmiges, abgeflachtes Rohr q., daneben
Teile des diametral gegenüberliegenden Rohres veranschaulicht, während in Wirklichkeit
der Rotor einen vollständigen Ring solcher Rohre aufweist, die in Abständen voneinander
angeordnet sind.
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Das Einlaßkopfstück 5 ist innen mit einem Ring schräger Schaufeln
oder Flügel 14 versehen, die, als Turbinenschaufeln. wirkend, im Strömungsweg des
über den Anschluß 15 und den Hohlzapfen 9 in die Eintrittsenden - der Rohre 4 eindringenden
Mittels liegen. Das ankommende Mittel wirkt dabei auf die Schaufeln 14 ein und versucht
hierdurch den Rotor zu drehen, wodurch der auf die Welle 14 einwirkende Antrieb
unterstützt wird.
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Im Falle des Ausführungsbeispiels nach den Fig. 2 und 3 haben die
Kopfstücke 5, 6 des Rotors ringförmige Gestalt und sind durch ein Bündel geradliniger
Rohre 4 miteinander verbunden. Das äußere Mittel gelangt in dein Wärmeaustauscher
dur.ch die Anschlüsse 17 und 27 der Abschlußdeckel 2 und 3 des Gehäuses,
strömt dann durch die Mittelöffnungen 16 der `ringförmigen Kopfstücke 5, 6 in das
Innere des Gehäuses i und verläßt das letztere schließlich durch den Stutzen B.
Falls erwünscht, kann das äußere Mittel auch nur an einem Ende des Gehäuses i eintreten.
Der Rotor hat ebenso wie im Falle der Fig. i Hohlzapfen 9 und io, durch welche das
innere Mittel ihn betritt und verläßt. Er ist mit (in Fig. -> nicht dargestellten)
Mitteln zu seinem Antrieb ausgestattet, etwa wiederum mit einer Riemenscheibe und
einer Welle, wie in Fig. i.
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Im Falle der Fig. 2 wird das ankommende .äußere Mittel dazu benutzt,
um den Antrieb des Rotors zu unterstützen, und zwar hat zu diesem Zweck mindestens
das eine der Kopfstücke 5, 6 Flächen, auf welche das äußere Mittel einwirkt. Zweckmäßig
werden diese Flächen, wie aus Fig. 2 und 3 ersichtlich, zwischen dem ringförmigen
Teil des Kopfstückes und dessen Hohlzapfen angeordnet, indem der letztere eine Anzahl
von Rohrästen 18 aufweist, die schräg verlaufen und zum Körper des Kopfstücken.
an
derjenigen Seite führen, die der Rohrwand abliegt. Die Rohräste 18 weisen, wie man
aus Fig.3 ersieht, eine mehr oder weniger ausgeprägte Mondsichelform auf und bilden
so die Wirkungsfläche für das äußere Mittel. Im übrigen können die Rohräste 18 abgeflacht
werden oder irgendeine andere geeignete Querschnittsform erhalten: .
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Im Falle der Fig. 2 und 3 dringt das äußere Mittel von beiden Seiten
her durch die Mittelöffnungen 16 in die Kopfstücke des Rotors ein und verläßt das
Gehäuse r an der Seite. Die Vorrichtung kann aber auch so ausgebildet sein, daß
das äußere Mittel nur an einem Ende eintritt, in welchem Falle nur ein einfaches
Kopfstück ohne die Rohräste 18 find ohne die Mittelöffnung 16, aber mit geeigneten
Zapfen für die andere Rotorseite verwandt wird. Wenn der Rotor an beiden Seiten
ringförmige Kopfstücke hat, die eine Mittelöffnung aufweisen, so kann der Einlaß
des äußeren Mittels zum Gehäuse i durch die Mittelöffnung in dem einen Kopfstück
und der Auslaß durch die entsprechende Öffnung des anderen liopfstückes erfolgen,
wobei dann inneres und äußeres Mittel vorzugsweise im Gegenstrom durch den Austauschei
fließen. Es können dabei, falls notwendig, Leitflächen od. dgl. vorgesehen werden,
um das äußere Mittel gegen die äußere Zone des Gehäuses hin zu lenken, in welcher
die Rohre des Rotors gelegen sind.
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Für den Fall, daß das äußere Mittel aus einem Verbrennungsgas besteht,
ist zu erwarten, daß dieses Gas einen Teil Fremdkörper; z. B. Brennstoff, Asche,
Ruß od. dgl., mit sich führt, die insgesamt als Schmutz bezeichnet werden sollen.
Wenn sich hierbei der Rotor dreht, wird der Schmutz, der die Rohre 4 berührt, durch
Zentrifugalkraft abgeschleudert und gegen die Wandung des Gehäuses i hin getragen.
Die Umdrehung des Rotors verursacht eine Zentrifugalbewegung der Gase, wodurch der
Schmutz an der Innenseite des Gehäuses entlang geführt wird. Es können daher zur
Sammlung der Schmutzteilchen (zwecks weiterer Verwendung) eine oder mehrere Taschen
1g am Gehäuse i vorgesehen werden, die sich in Längsrichtung erstrecken und gegen
das Innere des Gehäuses hin durch Schlitze 2o des letzteren geöffnet sind. Das Metall
an den Seiten der Schlitze 2o ist mit überstehenden Stegen oder Lippen 21 und 22
versehen, die jeweils so gegen das Tascheninnere abgeschrägt sind, daß der Schmutz
gegen die Taschen hin abgelenkt wird. wo er dann andererseits durch die überhängenden
Stege festgehalten wird.
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Bei. den Wärmeaustauschern nach den Fig. 1, 2 und 3 strömt das äußere
Mittel nur einmal über die Rohre 4. des Rotors. Das Gerät kann aber im Bedarfsfalle
so ausgebildet sein, daß es eine Mehrzahl hintereinandergeschalteter Durchgänge
für das äußere Mittel aufweist. In Fig. 4 ist beispielsweise ein Austauschei dargestellt,
der zwei in Serie geschaltete Wege 23, 24 für das äußere Mittel aufweist, wobei
fliese beiden Wege durch eine Zwischenplatte 25 getrennt sind, die von den Rohren
4 getragen wird und sich diametral durch das Gehäuse 1 erstreckt. Für jeden der
Wege ist ein Ein- und ein Auslaßstutzen-7, 8 vorgesehen, derart, daß der Auslaß
des ersten Weges mit dem Einlaß des zweiten Weges über den Krümmer 26 in Verbindung
steht. Vorzugsweise ist die allgemeine Strömungsrichtung des äußeren Mittels durch
das Gehäuse derjenigen des inneren Mittels im Rotor entgegengesetzt, wie dies aus
den Pfeilen der Fig.4 klar hervorgeht. Natürlich ist aber die Erfindung in dieser
Hinsicht keinen Beschränkungen unterworfen.