EP3092447A1 - Device for converting thermal energy - Google Patents

Device for converting thermal energy

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Publication number
EP3092447A1
EP3092447A1 EP15705481.8A EP15705481A EP3092447A1 EP 3092447 A1 EP3092447 A1 EP 3092447A1 EP 15705481 A EP15705481 A EP 15705481A EP 3092447 A1 EP3092447 A1 EP 3092447A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
heat exchanger
axis
heat
rotation
rotor
Prior art date
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Granted
Application number
EP15705481.8A
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
EP3092447B1 (en
Inventor
Bernhard Adler
Sebastian Riepl
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ecop Technologies GmbH
Original Assignee
Ecop Technologies GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Ecop Technologies GmbH filed Critical Ecop Technologies GmbH
Publication of EP3092447A1 publication Critical patent/EP3092447A1/en
Application granted granted Critical
Publication of EP3092447B1 publication Critical patent/EP3092447B1/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B3/00—Self-contained rotary compression machines, i.e. with compressor, condenser and evaporator rotating as a single unit
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D11/00—Heat-exchange apparatus employing moving conduits
    • F28D11/02—Heat-exchange apparatus employing moving conduits the movement being rotary, e.g. performed by a drum or roller
    • F28D11/04—Heat-exchange apparatus employing moving conduits the movement being rotary, e.g. performed by a drum or roller performed by a tube or a bundle of tubes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/10—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged one within the other, e.g. concentrically

Definitions

  • the invention relates to a device for converting thermal energy of low temperature into thermal energy of higher temperature by means of mechanical energy and vice versa with a rotatably mounted about a rotation axis rotor, in which a flow channel is provided for a closed loop process continuous working fluid in a compressor unit for pressure increase is guided with respect to the axis of rotation substantially radially outwards and is guided in a relaxation unit for reducing pressure with respect to the axis of rotation in Wesentli ⁇ chen radially inwardly, wherein at least one in Be ⁇ zug on the axis of rotation inner heat exchanger and at least one with respect are provided on the axis of rotation outer heat exchanger for heat exchange between the working fluid and a heat exchange medium, wherein the heat exchangers are preferably arranged substantially parallel to the axis of rotation of the rotor.
  • Rotary heat pumps or heat engines are already known from the prior art, in which a gaseous working medium is guided in a closed thermodynamic cycle.
  • a heat pump or boss kraftma ⁇ machine in which the working medium in a piping system of a rotor of a cycle with the working ⁇ steps a) compression of the working medium, b) heat removal from the working medium by means of a heat exchanger, c) Relaxation of the working medium and d) heat supply to the working medium by ei ⁇ nes further heat exchanger passes.
  • the pressure increase or pressure reduction of the working medium adapts by the centering ⁇ rifugalbestructung, wherein the working medium flowing in a radial radial compacting unit with respect to an axis of rotation to the outside and in an expansion unit to the inside.
  • the Wär ⁇ meabschreib from the working medium to a heat exchange medium of the heat exchanger is in an axial or parallel to the rotational axis portion of the piping system, which is assigned a mitro ⁇ animal ender heat exchange medium having Direction heat exchanger.
  • This device allows already an effi cient ⁇ conversion of mechanical energy and heat energy nied- riger temperature in heat energy of higher temperature.
  • the heat exchangers were clamped in the region of the front ends of the heat exchanger.
  • the heat exchangers in this embodiment can flex in operation between the grips at the ends, whereby the stability of the arrangement is impaired.
  • the reliability can not be guaranteed hereby.
  • the object of the present invention is to provide a rotary device for converting thermal energy, as stated above, which can reliably withstand high forces during operation of the device.
  • the rotor has a support body supporting the inner and / or outer heat exchanger over its longitudinal extension for holding the inner and / or outer heat exchanger.
  • the inventive apparatus uses the Zentrifugalbeschleu ⁇ n Trent of the rotating system to generate different pressure and temperature levels; In this case, the high-temperature heat is removed or supplied to the compressed working medium, and the relaxed working medium is supplied or withdrawn with heat at a comparatively low temperature. Depending on the direction of flow of the working medium, the apparatus will be thereby selectively operated as if ⁇ mepumpe or motor.
  • a in respect to the rotation axis internal heat exchanger and at least one used in Be ⁇ train to the rotational axis external heat exchanger, which is preferably substantially parallel to the arrival of the rotor axis of rotation are ordered.
  • the internal heat exchanger is provided for heat from ⁇ exchange at a lower temperature and the outdoor heat exchanger for heat exchange at higher temperature.
  • a plurality of inner heat exchangers and a plurality of outer heat exchangers are provided, which are each arranged at equal radial distances from the axis of rotation.
  • the rotor has a supporting body, which supports the inner or outer heat exchanger over the length of the heat exchanger between the end faces relative to radial forces occurring during operation.
  • the rotor has a support body which supports the inner or outer heat exchanger over the length of the heat exchanger between the end faces relative to radial forces occurring during operation.
  • the heat exchanger by means of the support body in Wesent ⁇ union is provided uniformly in the longitudinal direction of the heat exchanger ⁇ so that only low or uncritical bends along the heat exchanger occur.
  • all heat exchangers are mounted on a common support body, which is arranged as a component of the rotor rotating about the axis of rotation.
  • the support body may consist of one or more components spaced apart in the longitudinal direction of the heat exchanger.
  • the at least one outer heat exchanger ⁇ exchanger between the outer tube and the support body has an insulating element made of a thermally insulating material, wherein the inner heat exchanger of an insulating element remains free.
  • the outer or achsfernen heat exchanger which have a higher relative temperature than the inner or achs ⁇ near heat exchanger under normal operation, in particular tubular insulation elements with a compared to the support body substantially lower thermal conductivity of the support body be thermally insulated.
  • the thermally insulating material has be ⁇ vorzugt a tensile strength of at least 10 Mpa, in order to avoid a flow under the load.
  • ther- mixed insulating material have a temperature stability corresponding to the maximum temperature of the heat exchanger. Since ⁇ ago to ordinary polycarbonate has at temperatu ⁇ ren up to max. 120 ° C on. At higher temperatures up to about 200 ° C polyetheretherketone, in particular with fillers such as carbon fiber or glass fiber, polyamide, in particular with various fillers, hardboard materials or other high temperature materials are used with low thermal conductivity.
  • both the off-axis and the near-axis heat exchanger by means of Isolati ⁇ onsettin be thermally insulated from the support body.
  • the support body may be provided with an active cooling (eg over water cooling, heat radiation or convection) to verhin losses in the strength of the support body ⁇ countries.
  • the support body is produced as a cast body, in particular made of aluminum, wherein preferably high-strength aluminum alloys, for example AlCu4Ti, are used. Due to the high thermal conductivity of aluminum, the arrangement of the insulating element at least on the inner Ren heat exchanger is advantageous.
  • the support body can be made of (for example bainitic) cast iron. Due to the low thermal conductivity can in a support body produced in this way the insulation element of the off-axis heat exchanger omitted. Due to the low strength reductions at higher tempera ⁇ tures supporting this variant is very suitable for high temperature ⁇ temperature applications.
  • the supporting body is made of steel using welded joints can be made, this embodiment particular cost advantages, brings at comparatively high Festtechniksei ⁇ properties with it. Another advantage of a
  • Welded support body is the almost unlimited size ⁇ cal réelle. In this case, the diameter of the rotor of at least 4m are conceivable. This variant also has the advantage that due to the low thermal conductivity of steel can be dispensed with an insulation element on the outer heat exchanger.
  • the support body can be made of fiber composites, which are advantageously very light and have a high rigidity.
  • the support body can be assembled from semi-finished products, for example, aluminum plates and aluminum tubes
  • the support body has a plurality of plate elements which are arranged substantially perpendicular to the axis of rotation and spaced in the direction of the axis of rotation, which have recesses for mounting the heat exchangers.
  • the plate elements may have cutouts or recesses aufwei ⁇ sen to reduce the weight of the support body and / or to change the rigidity de plate elements. This can be used before ⁇ geous enough to achieve uniform deformations in the transition to the edge ⁇ area, which may have an increased weight.
  • the plate elements are arranged at equal intervals before ⁇ Trains t.
  • the heat exchangers between the plates are slightly deflected due to the centrifugal acceleration and there are additional bending stresses that must be absorbed by the heat exchanger.
  • the advantage of this design is that when manufactured from semi-finished products, increased strength in the raw materials can be achieved.
  • the heat exchanger on the outside has a support tube which has recesses extending in the circumferential direction for receiving the plate elements.
  • Advantageously ⁇ example can hereby shearing forces are absorbed.
  • a profiled body extended in the direction of the axis of rotation is provided as the supporting body, which has an inner element with at least one inner recess for the at least one inner heat exchanger and at least one outer element with at least one outer recess for the at least one outer heat exchanger.
  • the profile body is rotationally symmetrical with respect to the axis of rotation in an arrangement of at least two outer and two inner heat exchangers.
  • a plurality of outer elements are provided, wherein preferably exactly two connecting webs are provided between the inner element and each outer element.
  • the connecting webs with the outer elements are preferably arranged in a star shape around the inner element.
  • the power transmission it is favorable if the distance between the connecting webs in the radial direction increases continuously outwards.
  • the width of the connecting web can decrease in the radial direction to the outside.
  • the at least one external element of the support body is designed as a cylindrical receptacle for the äuße ⁇ ren heat exchanger.
  • the intake can be partly open inwards. Due to the not circumferentially supported achsfernen heat exchanger can at a
  • Casting a core per heat exchanger accounts. Furthermore, the introduction of force in the off-axis heat exchanger can be improved, whereby the stresses due to the centrifugal forces can be redu ⁇ sheet.
  • the support body has an outer elements surrounding cylindrical ⁇ A jack.
  • the outer elements are in this case attached to the inner ⁇ side of the cylindrical enclosure. Through the cylindrical shell, the frictional losses in rotating Be ⁇ operating state of the apparatus are significantly reduced.
  • the rotor is operated in a room with an ambient pressure of less than 50 mbar absolute pressure, in particular less than 5 mbar absolute pressure.
  • FIG. 1 shows a cross section through a heat exchanger for a rotor device according to the invention for the transmission of thermal energy, wherein between a inner tube and an outer tube, a heat transfer tube is arranged.
  • Figure 2 shows a detail of the heat exchanger shown in Figure 1 in contrast enlarged scale.
  • FIG. 3 shows a further enlarged detail of the heat exchanger according to FIG. 1 or FIG. 2, whereby in particular outer fins of the heat transfer tube can be seen;
  • FIG. 4 shows an alternative embodiment of a heat transfer tube produced in the extrusion process, which is provided for arrangement in egg ⁇ nem heat exchanger according to Figures 1 to 3 ..;
  • Fig. 5 is a modified embodiment of the heat transfer tube shown in Fig. 4, in which the surfaces of the fins are undulating;
  • Fig. 6 is a detail of the heat transfer tube shown in Fig. 5, on the contrary, on an enlarged scale;
  • Fig. 7 is a view of a rotary apparatus for converting low temperature thermal energy to higher temperature thermal energy, in which a working fluid in a rotor undergoes a closed loop process;
  • Fig. 8 is another view of the device shown in Fig. 7;
  • FIG. 9 is a longitudinal section through an alternative embodiment of the device in the region of the heat exchanger, wherein the flow of the working medium and the flow of the heat exchange medium are shown schematically (here in countercurrent);
  • Figure 11 is a sectional view of the device in the region of an annular gap to achieve a circular flow of the working medium before entering the heat exchanger.
  • FIG. 12 is a perspective view of an embodiment of the heat ⁇ transmission tube of the heat exchanger, in which the Stirnflä ⁇ surfaces of the outer fins are inclined in the direction of flow forward;
  • FIG. 13 is a perspective view of a distributor device with which a linear flow of the heat exchange medium is divided into a plurality of annularly arranged partial flows;
  • FIG. 14 shows various sectional views of the distributor device according to FIG. 13;
  • FIG. 15 shows an embodiment of the device in which a support body with a plurality of plate elements is provided for mounting the heat exchanger;
  • FIG. 16 shows a detail of the support body with a gela ⁇ siege heat exchanger therein;
  • 17 is a perspective view of another embodiment of the support body with substantially parallel connecting webs.
  • FIG. 18 is a view of a further embodiment of the support body with running in the radial direction of the rotor and thus diverging outwardly connecting webs.
  • Fig. 19 is a perspective view of another embodiment of the support body.
  • Fig. 20 is a perspective view of another embodiment of the support body.
  • a heat exchanger 1 for installation in a rotary device 20 for converting thermal energy by means of mechanical energy and vice versa (see Fig. 7, 8) is shown.
  • the heat exchanger 1 has an inner longitudinal member 2 and an outer tube ⁇ 3, surrounding the inner elongate member. 2
  • a hollow inner tube 4 is provided.
  • the outer tube 3 and the inner tube 4 are arranged coaxially with respect to a central longitudinal axis 5.
  • a heat transfer tube 6 is arranged, which extends coaxially with the outer tube 3 and the inner tube 4 in the longitudinal direction of the heat exchanger.
  • the Heat Transf ⁇ confining tube 6 has a wall 7 with an outer surface 8 and an inner lateral surface 9, protruding from the outer fins 10 or inner fins 11.
  • the fins 10, 11 extend in the direction of the longitudinal axis of extension 5 of the Heat Transf ⁇ confining tube 6.
  • the outer lamellae 10 project from the outer surface 8 in the radial direction outwardly to an inner surface 12 of the outer tube 3.
  • the inner disk 11 to jump from the inner circumferential surface 9 of the wall 7 of the heat transfer Pipe 6 to an outer surface 13 of the inner tube 4 before.
  • the heat exchange channels 15 form for a first Wär ⁇ meternum.
  • spaces 16 between the inner fins 11 form heat exchange channels 17 for a second heat exchange medium.
  • a multiplicity, for example 250, of outer plates 10 or inner plates 11 are provided, so that at regular angular intervals in the circumferential direction of the heat transfer tube 6, spaced outer heat exchange channels 15 for the first heat exchange medium or inner heat exchange channels 17 are formed for the second heat exchange medium.
  • the heat exchange ⁇ medium flows at the lower absolute pressure in the outer heat exchanging passages 15 between the outer laminations 10, wherein the second heat exchange medium with considerably higher pressure through the heat exchange channels 17 between the inner fins can flow.
  • the bilateral support of the heat transfer tube 6 made it ⁇ light that caused by the differential pressure stresses in the region of the wall 7 of the heat transfer tube 6 are transmitted via externa ⁇ ßeren blades 10 to the outer tube. 3
  • forces introduced into the wall 7 can be transmitted to the inner tube 4 via the inner lamellae 11 when the heat exchange medium at the higher pressure flows in the outer heat exchange channels 15.
  • a mechanically very stable arrangement of the heat transfer tube 6 is achieved, which can be made thin-walled for Op ⁇ timing of the heat transfer between the heat exchange media.
  • the ratio between a wall thickness s of the wall 7 of the heat transfer tube 6 and a wall thickness s' of the outer tube 3 is approximately 0.2.
  • the ratio between the wall thickness s of the heat transfer tube 6 and ei ⁇ ner wall thickness s '' of the inner tube 4 is about 0.3.
  • the wovennwandi ⁇ ge embodiment of the heat transfer tube 6 allows a Heat transfer with high efficiency, whereby in particular the extension of the heat exchanger can be shortened in the longitudinal direction, which has proven to be advantageous for example in the embodiment explained with reference to FIGS. 7 and 8.
  • the outer disc 10 have a height h, that is an extension in the radial direction, which is preferably greater than a height h 'of the inner La ⁇ mellen. 11
  • the ratio between the height h of the outer fins 10 and the height h 'of the inner fins 11 is between 0.2 and 5, depending on the fluid, mass flow and pressures.
  • the outer heat exchange channels 15 forming gaps 14 have a width b of about 1 mm.
  • a width b 'of the intermediate spaces 16 between the inner slats 11 preferably corresponds to the width b of the intermediate spaces 14.
  • the heat transfer tube 6 is made of a material with a modulus of elasticity which is lower than the modulus of elasticity of the outer tube 3 or of the inner longitudinal element 2.
  • the heat ⁇ transmission pipe 3 is made of an aluminum or copper alloy.
  • the outer tube 3 or the inner longitudinal element 2 is made of a high-strength
  • outer and inner plates 10 and 11 shown in FIGS. 1 to 3 are expediently provided as milling, which can be introduced into a preform with high accuracy.
  • FIGS. 4 and 5 and 6 each show an alternative embodiment of the heat transfer tube 6, which was produced in particular by an extrusion molding process.
  • a wall thickness a of the inner laminations 11 and takes a wall thickness ⁇ a 'of the outer disc 10 in the radially inward direction or in the radial direction to the outside. Accordingly, the extension of the fins 10, 11 in the circumferential direction following the wall 7 of the heat transfer tube 6 is greatest and decreases continuously with the distance to the wall 7.
  • edges of the outer fins 10 and inner lamellae 11 performed rounded.
  • the outer lamellae 10 and the inner lamellae 11 have contoured surfaces which have valleys 19 'or mountains 19 "extending in the direction of the longitudinal axis 5, so that a wave-shaped course is achieved. In this way, the heat exchange surface available for heat exchange is considerably increased.
  • Figs. 7 and 8 show the arrangement of the heat exchanger 1 in an apparatus 20 for converting mechanical
  • the device 20 comprises a rotor 21 which is rotatable about a rotation axis 22 by means of a motor (not shown).
  • a flow channel for a closed loop process continuous working fluid such as a noble gas
  • the rotor 21 has a compressor unit 23 and a flashing unit 24, which form a Rohr Oberssys ⁇ tem.
  • the working fluid flows radially outward with respect to the rotation axis 22, compressing the working fluid due to the centrifugal acceleration. Accordingly, the working medium for pressure reduction in expansion tubes 26 of the expansion unit 24 is guided substantially radially inwards.
  • the compressor unit 23 and the Ent ⁇ voltage unit 24 are connected to each other by axially extending portions of the piping system, in which a heat exchange with a heat exchange medium, for example water, takes place.
  • a heat exchange medium for example water
  • the heat exchangers 1 'and 1'' are fluidly connected to each other via lines 27, 28 and 29, respectively.
  • the ratio techme ⁇ dium is supplied to the pipe system via an inlet 31 of a static distributor 32; via a co-rotating distributor 33, the heat exchange medium is then supplied via the line 27 to the heat exchanger 1 ', in which it heats up
  • the heated heat transfer medium is then fed to a heat cycle.
  • the cold heat exchange medium of the heat exchanger 1 '' is passed through an inlet 34 of a static distributor 35, promoted with ei ⁇ nem further co-rotating manifold 36 in the co-rotating line 29 to the low-pressure heat exchanger 1 '', where heat is released to the gaseous working fluid. Subsequently, the heat exchange medium is supplied via the co-rotating distributor 36 to the static distributor 35, and finally leaves the device 20 via a drain.
  • the working medium and the heat exchange medium flow in countercurrent in the heat exchange channels 15 and 17, wherein in the heat exchangers 1 ', 1''to ensure proper recycling of the heat exchange medium.
  • Fig. 9 shows a longitudinal section through an alternative embodiment of the device 20 in the region of the heat exchanger 1, wherein the flow 20 'of the working medium and the flow 20''of the heat exchange medium is shown schematically.
  • Fig. 10 shows an enlarged section of the heat exchanger 1. Accordingly the heat exchanger 1 in a central cavity 37 of the nenrohrs 4 a tie rod 38. To the inner tube 4 from the projecting ends of the tie rod 38 head parts 38 'buildin ⁇ Untitled which cover the end faces of the heat exchanger. 1
  • the device 20 further includes a supply line 39 for the working fluid.
  • the Zulei ⁇ tung 39 is connected to an annular gap 40 in which the linear flow in the supply line 39 is converted to the longitudinal axis of varnishtau ⁇ exchanger 1 in a circular flow of the working medium (see. Fig. 11).
  • the annular gap 40 is formed in the embodiment shown between the lateral surface of the protruding from the inner tube 4 end of the tie rod 38 and an inner wall of the head portion 38 '.
  • the heat transfer tube 6 has end openings 42 for the heat exchange medium between end faces 42 of the outer lamellae.
  • the inlet openings 43 are connected to a feed 44 for the heat exchange medium.
  • the end faces 42 of the outer slats 10 are inclined forward as viewed in the flow direction.
  • the optimum angle between the end faces 42 of the outer plate 10 and the longitudinal axis of the heat transfer tube 6 is preferably selected depending on the Strömungsge ⁇ speed.
  • Steeper angle GroE ⁇ SSER 45 ° at flow rates of less than 2 meters per second (m / s) are possible. At speeds greater than 2 m / s, flatter angles are an advantage.
  • flat angles in particular an angle of 45 °, are to be preferred.
  • each passage opening 47 is connected to exactly one distributor element 46, which is arranged substantially symmetrically with respect to the passage opening 47.
  • the passage openings 47 are arranged here at opposite ends of the circular-arc-shaped distributor elements 46.
  • FIGS. 14a to 14f show sections through the individual stages of the distributor device 45, wherein FIG. 14a shows the inlet side of the distributor device 45 and FIG. 14f shows the outlet side of the distributor device 45.
  • the first distributor element 46 viewed in the flow direction, is semicircular, with the distributor elements 46 of the subsequent stages being formed by correspondingly shorter arc elements.
  • the exit-side manifold members 46 of the manifold 45 are arranged such that a circular annular ⁇ exit surface 48 is formed having in Wesent ⁇ union at equal angular intervals outlet openings 49th
  • the outlet openings 49 are arranged in the flow direction immediately in front of the inlet openings 43 of the outer heat exchange channels 15. Due to the symmetrical arrangement of the distributor elements 46, the heat exchange medium essentially passes the same flow paths between the feed 44 and the outlet openings 49 of the distributor device 45. From Fig. 14 also fastener 50 can be seen, with wel ⁇ Chen the distributor elements 46 are held in a defined position to each other.
  • Fig. 15 shows a part of the device 20, wherein one of the inner axis of rotation with respect to the heat exchanger 1 '' and one with respect to the axis of rotation outer heat exchanger 1 'can be seen are.
  • the longitudinal axes of the heat exchangers 1 ', 1'' are arranged substantially parallel to the axis of rotation of the rotor 21.
  • the rotor 21 has a common support body 51 for holding the inner heat exchangers 1 '' and the outer heat exchanger 1 '.
  • the support body 51 has a plurality of plate elements 52, which are arranged substantially perpendicular to the axis of rotation and are spaced apart in the direction of the axis of rotation (cf., also FIG. 16), which have recesses for the passage of the heat exchangers 1 ', 1''.
  • the heat exchanger 1 ', 1'' are in this case coated with support tubes 53, wel ⁇ che gradations 54 for supporting the plate members 52 have.
  • the outer heat exchangers 1 'between the outer tubes 3 and the support body 51 each have an insulation element 55 made of a thermally insulating material.
  • the inner heat exchanger 1 '' remain free of such insulation elements, so that the support body 51 in operation substantially the temperature of the inner heat exchanger 1 '' assumes.
  • FIG. 17 shows an alternative embodiment of the supporting body 51, which according to FIG. 17 is designed as a profile body 56 which is rotationally symmetrical with respect to the axis of rotation.
  • the profile body 56 has an inner member 57 with a plurality of inner recesses 58 for receiving the inner heat exchanger 1 '' and a plurality of outer elements 59 with outer recesses 60 for receiving the outer heat exchanger 1 '.
  • the outer elements 59 in the circumferential direction closed cylindrical seats' pre ⁇ see 59, which include the outer recesses 60.
  • the inner member 57 is connected to each ⁇ the outer member 59 through exactly two duri ⁇ Fende in the radial direction connecting bars 61.
  • the distance between the connecting webs 61 advantageously increases radially outward (see Fig. 18).
  • the wall thickness of the connecting webs advantageously decreases in the radial direction.
  • the outer elements 59 are connected to the connecting webs 61 via welded connections 62.
  • Welded joints 62 between the connecting webs 61 and the inner member 57 are provided.
  • the welded joints 62 may also be a positive connection, such as a hammer head or dovetail connection may be provided.
  • FIG. 19 shows an alternative embodiment of the support body 51, wherein the outer elements 59 in the direction of the inner member 57 of ⁇ fene outer recesses 60 has.
  • FIG. 20 shows a further embodiment of the support body 51, wel ⁇ cher according to FIG. 20 has a fixed to the outside of the outer elements 59, cylindrical enclosure 63.

Abstract

The invention relates to a device (20) for converting thermal energy of a low temperature into thermal energy of a high temperature by means of mechanical energy, and vice versa, comprising a rotor (21) which is mounted so as to rotate about a rotational axis (22) and in which a flow channel is provided for a working medium that circulates in a closed circuit process, said medium being conducted outwards, relative to the rotational axis, in a compression unit (23) in order to increase pressure, and being conducted inwards, relative to the rotational axis (22), in an expansion unit (24) in order to reduce pressure. At least one heat exchanger (1") that is positioned inwardly relative to the rotational axis and at least one heat exchanger (1') that is positioned outwardly relative to the rotational axis are provided for exchanging heat between said working medium and a heat exchange medium, said heat exchangers (1'; 1") preferably being arranged substantially parallel to the rotational axis of the rotor (21), and said rotor (21) comprising a support element (51) which supports said inner (1") and/or outer heat exchanger (1') along the length such that said inner (1") and/or outer heat exchanger (1') is retained.

Description

Vorrichtung zum Umwandeln thermischer Energie  Device for converting thermal energy
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Umwandeln thermischer Energie niedriger Temperatur in thermische Energie höherer Temperatur mittels mechanischer Energie und umgekehrt mit einem drehbar um eine Drehachse gelagerten Rotor, in dem ein Strömungskanal für ein einen geschlossenen Kreisprozess durchlaufendes Arbeitsmedium vorgesehen ist, das in einer Verdichtereinheit zur Druckerhöhung mit Bezug auf die Drehachse im Wesentlichen radial nach außen geführt wird und in einer Entspannungseinheit zur Druckverringerung mit Bezug auf die Drehachse im Wesentli¬ chen radial nach innen geführt wird, wobei zumindest ein in Be¬ zug auf die Drehachse innerer Wärmetauscher und zumindest ein in Bezug auf die Drehachse äußerer Wärmetauscher für einen Wärmeaustausch zwischen dem Arbeitsmedium und einem Wärmeaustauschmedium vorgesehen sind, wobei die Wärmetauscher bevorzugt im Wesentlichen parallel zur Drehachse des Rotors angeordnet sind. The invention relates to a device for converting thermal energy of low temperature into thermal energy of higher temperature by means of mechanical energy and vice versa with a rotatably mounted about a rotation axis rotor, in which a flow channel is provided for a closed loop process continuous working fluid in a compressor unit for pressure increase is guided with respect to the axis of rotation substantially radially outwards and is guided in a relaxation unit for reducing pressure with respect to the axis of rotation in Wesentli ¬ chen radially inwardly, wherein at least one in Be ¬ zug on the axis of rotation inner heat exchanger and at least one with respect are provided on the axis of rotation outer heat exchanger for heat exchange between the working fluid and a heat exchange medium, wherein the heat exchangers are preferably arranged substantially parallel to the axis of rotation of the rotor.
Aus dem Stand der Technik sind bereits rotierende Wärmepumpen bzw. Wärmekraftmaschinen bekannt, bei denen ein gasförmiges Arbeitsmedium in einem geschlossenen thermodynamischen Kreisprozess geführt wird. Rotary heat pumps or heat engines are already known from the prior art, in which a gaseous working medium is guided in a closed thermodynamic cycle.
In der WO 2009/015402 AI ist eine Wärmepumpe bzw. Wärmekraftma¬ schine beschrieben, bei der das Arbeitsmedium in einem Rohrleitungssystem eines Rotors einen Kreisprozess mit den Arbeits¬ schritten a) Verdichtung des Arbeitsmediums, b) Wärmeabfuhr vom Arbeitsmedium mittels eines Wärmetauschers, c) Entspannung des Arbeitsmediums und d) Wärmezufuhr zum Arbeitsmedium mittels ei¬ nes weiteren Wärmetauschers durchläuft. Die Druckerhöhung bzw. Druckverringerung des Arbeitsmediums stellt sich durch die Zent¬ rifugalbeschleunigung ein, wobei das Arbeitsmedium in einer Verdichtungseinheit bezüglich einer Drehachse radial nach außen und in einer Entspannungseinheit radial nach innen strömt. Die Wär¬ meabfuhr vom Arbeitsmedium an ein Wärmeaustauschmedium des Wärmetauschers erfolgt in einem axialen bzw. parallel zur Drehachse verlaufenden Abschnitt des Rohrleitungssystems, dem ein mitro¬ tierender, das Wärmeaustauschmedium aufweisender Wärmetauscher zugeordnet ist. Diese Vorrichtung ermöglicht bereits eine effi¬ ziente Umsetzung von mechanischer Energie und Wärmeenergie nied- riger Temperatur in Wärmeenergie höherer Temperatur. In WO 2009/015402 Al, a heat pump or Wärmekraftma ¬ machine is described in which the working medium in a piping system of a rotor of a cycle with the working ¬ steps a) compression of the working medium, b) heat removal from the working medium by means of a heat exchanger, c) Relaxation of the working medium and d) heat supply to the working medium by ei ¬ nes further heat exchanger passes. The pressure increase or pressure reduction of the working medium adapts by the centering ¬ rifugalbeschleunigung, wherein the working medium flowing in a radial radial compacting unit with respect to an axis of rotation to the outside and in an expansion unit to the inside. The Wär ¬ meabfuhr from the working medium to a heat exchange medium of the heat exchanger is in an axial or parallel to the rotational axis portion of the piping system, which is assigned a mitro ¬ animal ender heat exchange medium having Direction heat exchanger. This device allows already an effi cient ¬ conversion of mechanical energy and heat energy nied- riger temperature in heat energy of higher temperature.
In der Praxis werden hohe Anforderungen an die Stabilität der Vorrichtung gestellt, welche aufgrund der Drehbewegung des Ro¬ tors hohen Fliehkräften ausgesetzt sein kann. In practice high demands are made on the stability of the device which may be exposed due to the rotational movement of the Ro ¬ tors high centrifugal forces.
Im Stand der Technik wurden die Wärmetauscher im Bereich der stirnseitigen Enden der Wärmetauscher eingespannt. Nachteiligerweise können sich die Wärmetauscher bei dieser Ausführung im Betrieb zwischen den Einspannungen an den Enden durchbiegen, wodurch die Stabilität der Anordnung beeinträchtigt wird. Zudem kann hiermit die Betriebssicherheit nicht gewährleistet werden. In the prior art, the heat exchangers were clamped in the region of the front ends of the heat exchanger. Disadvantageously, the heat exchangers in this embodiment can flex in operation between the grips at the ends, whereby the stability of the arrangement is impaired. In addition, the reliability can not be guaranteed hereby.
In der WO 98/30846 AI ist eine gattungsgemäße Rotor-Vorrichtung zum Umwandeln thermischer Energie offenbart. Die US 3,846,302 beschreibt eine andersartige Vorrichtung zur Wärmebehandlung von Schlämmen. Schließlich bezieht sich die US 3,258,197 auf eine andersartige Kühleinrichtung. In WO 98/30846 AI a generic rotor device for converting thermal energy is disclosed. US 3,846,302 describes a different type of apparatus for heat treatment of sludges. Finally, US 3,258,197 relates to a different type of cooling device.
Demgegenüber besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine rotierende Vorrichtung zum Umwandeln thermischer Energie, wie eingangs angegeben, zu schaffen, welche hohen Kräften im Betrieb der Vorrichtung zuverlässig standhalten kann. In contrast, the object of the present invention is to provide a rotary device for converting thermal energy, as stated above, which can reliably withstand high forces during operation of the device.
Dies wird bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung dadurch erzielt, dass der Rotor einen den inneren und/oder äußeren Wärmetauscher über dessen Längserstreckung abstützenden Stützkörper zur Halterung des inneren und/oder äußeren Wärmetauschers aufweist. This is achieved in the device according to the invention characterized in that the rotor has a support body supporting the inner and / or outer heat exchanger over its longitudinal extension for holding the inner and / or outer heat exchanger.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung nützt die Zentrifugalbeschleu¬ nigung des rotierenden Systems, um verschiedene Druck- bzw. Temperaturniveaus zu erzeugen; dem verdichteten Arbeitsmedium wird hierbei Wärme hoher Temperatur entzogen bzw. zugeführt und dem entspannten Arbeitsmedium wird Wärme vergleichsweise niedriger Temperatur zugeführt bzw. entzogen. Je nach Strömungsrichtung des Arbeitsmediums wird die Vorrichtung dabei wahlweise als Wär¬ mepumpe oder Motor betrieben werden. Hierbei wird ein in Bezug auf die Drehachse innerer Wärmetauscher und zumindest ein in Be¬ zug auf die Drehachse äußerer Wärmetauscher verwendet, welche bevorzugt im Wesentlichen parallel zur Drehachse des Rotors an- geordnet sind. Der innere Wärmetauscher ist für einen Wärmeaus¬ tausch bei niedrigerer Temperatur und der äußere Wärmetauscher für einen Wärmeaustausch bei höherer Temperatur vorgesehen. Bevorzugt sind mehrere innere Wärmetauscher und mehrere äußere Wärmetauscher vorgesehen, welche jeweils in gleichen radialen Abständen zur Drehachse angeordnet sind. Erfindungsgemäß weist der Rotor einen Stützkörper auf, welcher den inneren bzw. äußeren Wärmetauscher über die Länge des Wärmetauschers zwischen den Stirnseiten gegenüber im Betrieb auftretenden Radialkräften unterstützt. Bei dieser Ausführung weist der Rotor einen Stützkörper auf, welcher den inneren bzw. äußeren Wärmetauscher über die Länge des Wärmetauschers zwischen den Stirnseiten gegenüber im Betrieb auftretenden Radialkräften unterstützt. Vorteilhafterweise wird der Wärmetauscher mittels des Stützkörpers im Wesent¬ lichen gleichmäßig in Längsrichtung des Wärmetauschers abge¬ stützt, so dass lediglich geringe bzw. unkritische Biegungen entlang des Wärmetauschers auftreten. Bevorzugt sind sämtliche Wärmetauscher an einem gemeinsamen Stützkörper montiert, welcher als Bestandteil des Rotors um die Drehachse rotierend angeordnet ist. Hiermit kann eine besonders stabile Ausführung erzielt wer¬ den, mit welcher die im Betrieb der Vorrichtung auftretenden Kräfte aufgenommen werden können. Der Stützkörper kann aus einem Bauteil oder mehreren, in Längsrichtung des Wärmetauschers beab- standeten Bauteilen bestehen. The inventive apparatus uses the Zentrifugalbeschleu ¬ nigung of the rotating system to generate different pressure and temperature levels; In this case, the high-temperature heat is removed or supplied to the compressed working medium, and the relaxed working medium is supplied or withdrawn with heat at a comparatively low temperature. Depending on the direction of flow of the working medium, the apparatus will be thereby selectively operated as if ¬ mepumpe or motor. Here, a in respect to the rotation axis internal heat exchanger and at least one used in Be ¬ train to the rotational axis external heat exchanger, which is preferably substantially parallel to the arrival of the rotor axis of rotation are ordered. The internal heat exchanger is provided for heat from ¬ exchange at a lower temperature and the outdoor heat exchanger for heat exchange at higher temperature. Preferably, a plurality of inner heat exchangers and a plurality of outer heat exchangers are provided, which are each arranged at equal radial distances from the axis of rotation. According to the invention, the rotor has a supporting body, which supports the inner or outer heat exchanger over the length of the heat exchanger between the end faces relative to radial forces occurring during operation. In this embodiment, the rotor has a support body which supports the inner or outer heat exchanger over the length of the heat exchanger between the end faces relative to radial forces occurring during operation. Advantageously, the heat exchanger by means of the support body in Wesent ¬ union is abge supported uniformly in the longitudinal direction of the heat exchanger ¬ so that only low or uncritical bends along the heat exchanger occur. Preferably, all heat exchangers are mounted on a common support body, which is arranged as a component of the rotor rotating about the axis of rotation. Hereby, a particularly stable design can be achieved ¬ who, with which the forces occurring during operation of the device can be absorbed. The support body may consist of one or more components spaced apart in the longitudinal direction of the heat exchanger.
Um den Stützkörper im Betrieb der Vorrichtung im Wesentlichen auf der Temperatur des zumindest einen inneren Wärmetauschers zu halten, ist es von Vorteil, wenn der zumindest eine äußere Wär¬ metauscher zwischen dem Außenrohr und dem Stützkörper ein Isolationselement aus einem thermisch isolierenden Material aufweist, wobei der innere Wärmetauscher von einem Isolationselement frei bleibt. Um die absolute Temperatur niedrig zu halten, können die äußeren bzw. achsfernen Wärmetauscher, welche unter Normalbetrieb eine höhere relative Temperatur als die inneren bzw. achs¬ nahen Wärmetauscher aufweisen, durch insbesondere rohrförmige Isolationselemente mit einer im Vergleich zum Stützkörper wesentlich niedrigeren Wärmeleitfähigkeit von dem Stützkörper wärmeisoliert werden. Das thermisch isolierende Material weist be¬ vorzugt eine Zugfestigkeit von mindestens 10 Mpa auf, um ein Fließen unter der Belastung zu vermeiden. Zudem soll das ther- misch isolierende Material eine Temperaturstabilität aufweisen, die der maximalen Temperatur des Wärmetauschers entspricht. Da¬ her bietet sich gewöhnliches Polycarbonat bei Einsatztemperatu¬ ren bis max . 120°C an. Bei höheren Temperaturen bis ca. 200°C können Polyetheretherketon, insbesondere mit Füllstoffen wie Kohlefaser oder Glasfaser, Polyamid, insbesondere mit diversen Füllstoffen, Hartfaserwerkstoffe oder andere Hochtemperaturwerkstoffe mit geringer Wärmeleitfähigkeit eingesetzt werden. Durch die Wärmeisolation des Stützkörpers von dem äußeren Wärmetau¬ scher einerseits bei Fehlen eines solchen Isolationselements am inneren Wärmetauscher andererseits sind für den Stützkörper im Wesentlichen die Temperaturen des inneren Wärmetauschers maßgebend. Dadurch treten vorteilhafterweise keine bzw. geringere Festigkeitseinbußen bei dem Stützkörper auf. Insbesondere wirkt sich dies bei Verwendung von Aluminium bzw. Aluminium- Legierungen aus, da diese in der Regel ab ca. 50°C Festigkeits¬ abschläge zeigen. Ein weiterer Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, dass sich innerhalb des Stützkörpers geringere Tem¬ peraturgradienten einstellen, da sich die Temperatur des achsnahen Wärmetauschers im Wesentlichen bis zur Isolationsschicht um den achsfernen Wärmetauscher einstellt. Dadurch kommt es zu geringeren Eigenspannungen im Stützkörper. Bei besonders hohen Temperaturen ist es allerdings auch denkbar, dass sowohl der achsferne als auch der achsnahe Wärmetauscher mittels Isolati¬ onselementen von dem Stützkörper wärmeisoliert werden. In diesem Fall kann der Stützkörper mit einer aktiven Kühlung (z.B. über Wasserkühlung, Wärmestrahlung oder Konvektion) ausgestattet werden, um Einbußen in der Festigkeit des Stützkörpers zu verhin¬ dern . In order to keep the support body during operation of the device substantially at the temperature of the at least one inner heat exchanger, it is advantageous if the at least one outer heat exchanger ¬ exchanger between the outer tube and the support body has an insulating element made of a thermally insulating material, wherein the inner heat exchanger of an insulating element remains free. In order to keep the absolute temperature low, the outer or achsfernen heat exchanger, which have a higher relative temperature than the inner or achs ¬ near heat exchanger under normal operation, in particular tubular insulation elements with a compared to the support body substantially lower thermal conductivity of the support body be thermally insulated. The thermally insulating material has be ¬ vorzugt a tensile strength of at least 10 Mpa, in order to avoid a flow under the load. In addition, the ther- mixed insulating material have a temperature stability corresponding to the maximum temperature of the heat exchanger. Since ¬ ago to ordinary polycarbonate has at Einsatztemperatu ¬ ren up to max. 120 ° C on. At higher temperatures up to about 200 ° C polyetheretherketone, in particular with fillers such as carbon fiber or glass fiber, polyamide, in particular with various fillers, hardboard materials or other high temperature materials are used with low thermal conductivity. Due to the heat insulation of the support body from the outer Wärmetau ¬ shear on the one hand in the absence of such an insulating element on the inner heat exchanger on the other hand, the temperatures of the inner heat exchanger are essentially decisive for the support body. As a result, advantageously no or lower strength losses occur in the support body. In particular, this has an effect on the use of aluminum or aluminum alloys, since these generally show strength drops from about 50 ° C. Another advantage of this configuration is that set inside the support body lower Tem ¬ peraturgradienten, since the temperature of the heat exchanger near the axis substantially up to the insulating layer sets to off-axis heat exchanger. This leads to lower residual stresses in the support body. At particularly high temperatures, however, it is also conceivable that both the off-axis and the near-axis heat exchanger by means of Isolati ¬ onselementen be thermally insulated from the support body. In this case, the support body may be provided with an active cooling (eg over water cooling, heat radiation or convection) to verhin losses in the strength of the support body ¬ countries.
In einer bevorzugten Ausführung ist der Stützkörper als Gusskörper, insbesondere aus Aluminium, hergestellt, wobei vorzugsweise hochfeste Aluminiumlegierungen, beispielsweise AlCu4Ti, verwendet werden. Aufgrund der hohen Wärmeleitfähigkeit von Aluminium ist die Anordnung des Isolationselements zumindest an dem inne¬ ren Wärmetauscher von Vorteil. In a preferred embodiment, the support body is produced as a cast body, in particular made of aluminum, wherein preferably high-strength aluminum alloys, for example AlCu4Ti, are used. Due to the high thermal conductivity of aluminum, the arrangement of the insulating element at least on the inner Ren heat exchanger is advantageous.
Alternativ kann der Stützkörper aus (beispielsweise bainiti- schen) Gusseisen hergestellt sein. Aufgrund der geringen Wärmeleitfähigkeit kann bei einem derartig hergestellten Stützkörper das Isolationselement des achsfernen Wärmetauschers entfallen. Aufgrund der geringen Festigkeitsabschläge bei höheren Tempera¬ turen eignet sich diese Stützvariante sehr gut für Hochtempera¬ turanwendungen . Alternatively, the support body can be made of (for example bainitic) cast iron. Due to the low thermal conductivity can in a support body produced in this way the insulation element of the off-axis heat exchanger omitted. Due to the low strength reductions at higher tempera ¬ tures supporting this variant is very suitable for high temperature ¬ temperature applications.
Weiters kann der Stützkörper aus Stahl unter Verwendung von Schweißverbindungen hergestellt sein, wobei diese Ausführung besondere Kostenvorteile, bei vergleichsweise hohen Festigkeitsei¬ genschaften, mit sich bringt. Ein weiterer Vorteil eines Furthermore, the supporting body is made of steel using welded joints can be made, this embodiment particular cost advantages, brings at comparatively high Festigkeitsei ¬ properties with it. Another advantage of a
geschweißten Stützkörpers ist die beinahe unbeschränkte Größens¬ kalierung. Dabei sind Durchmesser des Rotors von zumindest 4m denkbar. Dieses Variante hat auch den Vorteil, dass aufgrund der geringen Wärmeleitfähigkeit von Stahl auf ein Isolationselement am äußeren Wärmetauscher verzichtet werden kann. Welded support body is the almost unlimited size ¬ calierung. In this case, the diameter of the rotor of at least 4m are conceivable. This variant also has the advantage that due to the low thermal conductivity of steel can be dispensed with an insulation element on the outer heat exchanger.
Zudem kann der Stützkörper aus Faserverbundwerkstoffen gefertigt sein, die vorteilhafterweise sehr leicht sind und eine hohe Steifigkeit besitzen. In addition, the support body can be made of fiber composites, which are advantageously very light and have a high rigidity.
Weiters kann der Stützkörper aus Halbzeugen zusammengefügt sein, wobei beispielsweise Aluminiumplatten und Aluminiumrohre Furthermore, the support body can be assembled from semi-finished products, for example, aluminum plates and aluminum tubes
und/oder Stahlplatten und Stahlrohren verwendet werden können. Hierbei können sämtliche Werkstoffe verwendet werden, die in Platten- bzw. Rohrform als Halbzeug verfügbar sind. Ein Vorteil dieser Ausführung liegt darin, dass aufgrund der direkten Verwendung von Halbzeugen insbesondere ohne Nachbearbeitung bei hoher Temperatur (wie beispielsweise beim Schweißen) Festigkeits¬ einbußen weitgehend vermieden werden können. and / or steel plates and steel tubes can be used. Here, all materials can be used, which are available in plate or tube form as a semi-finished product. An advantage of this embodiment is that due to the direct use of semi-finished products, in particular without subsequent processing at high temperature (such as during welding), strength losses can be largely avoided.
Zur Aufnahme von Fliehkräften ist es günstig, wenn der Stützkörper mehrere im Wesentlichen senkrecht zur Drehachse angeordnete, in Richtung der Drehachse beabstandete Plattenelemente aufweist, welche Ausnehmungen zur Lagerung der Wärmetauscher aufweisen. Die Plattenelemente können Ausschnitte bzw. Vertiefungen aufwei¬ sen, um das Gewicht des Stützkörpers zu reduzieren und/oder um die Steifigkeit de Plattenelemente zu verändern. Dies kann vor¬ teilhafterweise dazu genutzt werden, um beim Übergang zum Rand¬ bereich, welcher ein erhöhtes Gewicht aufweisen kann, gleichmäßige Verformungen zu erzielen. Die Plattenelemente sind bevor¬ zugt in gleichen Abständen angeordnet. Bevorzugt sind die Plat- tenelemente scheibenförmig ausgebildet. Bei dieser Ausführung werden die Wärmetauscher zwischen den Platten aufgrund der Zentrifugalbeschleunigung geringfügig durchgebogen und es entstehen zusätzliche Biegespannungen, die der Wärmetauscher aufnehmen muss. Der Vorteil dieser Ausführung liegt jedoch darin, dass bei einer Herstellung aus Halbzeugen eine erhöhte Festigkeit in den Rohmaterialien erzielt werden kann. Bei dieser Ausführung ist es zudem von Vorteil, wenn der Wärmetauscher an der Außenseite ein Stützrohr aufweist, das in Umfangrichtung verlaufende Vertiefungen zur Aufnahme der Plattenelemente aufweist. Vorteilhafter¬ weise können hiermit Scherkräfte aufgenommen werden. For receiving centrifugal forces, it is favorable if the support body has a plurality of plate elements which are arranged substantially perpendicular to the axis of rotation and spaced in the direction of the axis of rotation, which have recesses for mounting the heat exchangers. The plate elements may have cutouts or recesses aufwei ¬ sen to reduce the weight of the support body and / or to change the rigidity de plate elements. This can be used before ¬ geous enough to achieve uniform deformations in the transition to the edge ¬ area, which may have an increased weight. The plate elements are arranged at equal intervals before ¬ Trains t. Preferably, the platinum tenelemente disc-shaped. In this embodiment, the heat exchangers between the plates are slightly deflected due to the centrifugal acceleration and there are additional bending stresses that must be absorbed by the heat exchanger. The advantage of this design, however, is that when manufactured from semi-finished products, increased strength in the raw materials can be achieved. In this embodiment, it is also advantageous if the heat exchanger on the outside has a support tube which has recesses extending in the circumferential direction for receiving the plate elements. Advantageously ¬ example can hereby shearing forces are absorbed.
Gemäß einer alternativen Ausführung ist als Stützkörper ein in Richtung der Drehachse erstreckter Profilkörper vorgesehen, welcher ein Innenelement mit zumindest einer inneren Aussparung für den zumindest einen inneren Wärmetauscher und zumindest ein Außenelement mit zumindest einer äußeren Aussparung für den zumindest einen äußeren Wärmetauscher aufweist. Der Profilkörper ist bei einer Anordnung von zumindest zwei äußeren bzw. zwei inneren Wärmetauschern bezüglich der Drehachse rotationssymmetrisch ausgebildet . According to an alternative embodiment, a profiled body extended in the direction of the axis of rotation is provided as the supporting body, which has an inner element with at least one inner recess for the at least one inner heat exchanger and at least one outer element with at least one outer recess for the at least one outer heat exchanger. The profile body is rotationally symmetrical with respect to the axis of rotation in an arrangement of at least two outer and two inner heat exchangers.
Zur Aufnahme von Kräften ist es besonders günstig, wenn das In- nenelement und das Außenelement über im Wesentlichen in radialer Richtung verlaufende Verbindungsstege miteinander verbunden sind . In order to absorb forces, it is particularly favorable if the inner element and the outer element are connected to one another via connecting webs running essentially in the radial direction.
Um die Spannungen im Profilkörper zu verringern bzw. gleichmäßig zu verteilen, ist es vorteilhaft, wenn mehrere Außenelemente vorgesehen sind, wobei bevorzugt genau zwei Verbindungsstege zwischen dem Innenelement und jedem Außenelement vorgesehen sind. Bevorzugt sind die Verbindungsstege mit den Außenelementen sternförmig um das Innenelement angeordnet. Hinsichtlich der Kraftübertragung ist es günstig, wenn der Abstand zwischen den Verbindungsstegen in radialer Richtung nach außen kontinuierlich zunimmt. Alternativ oder zusätzlich kann die Breite des Verbindungssteges in radialer Richtung nach außen abnehmen. In order to reduce or evenly distribute the stresses in the profile body, it is advantageous if a plurality of outer elements are provided, wherein preferably exactly two connecting webs are provided between the inner element and each outer element. The connecting webs with the outer elements are preferably arranged in a star shape around the inner element. With regard to the power transmission, it is favorable if the distance between the connecting webs in the radial direction increases continuously outwards. Alternatively or additionally, the width of the connecting web can decrease in the radial direction to the outside.
Zur Erzielung einer besonders stabilen Ausführung mit geringem Materialaufwand ist es günstig, wenn das zumindest eine Außen- element des Stützkörpers als zylindrische Aufnahme für den äuße¬ ren Wärmetauscher ausgebildet ist. Alternativ kann die Aufnahme nach innen teilweise offen sein. Aufgrund des nicht umlaufend unterstützten achsfernen Wärmetauschers kann bei einer To achieve a particularly stable design with low material cost, it is advantageous if the at least one external element of the support body is designed as a cylindrical receptacle for the äuße ¬ ren heat exchanger. Alternatively, the intake can be partly open inwards. Due to the not circumferentially supported achsfernen heat exchanger can at a
Gussherstellung ein Kern pro Wärmetauscher entfallen. Weiters kann die Krafteinleitung im achsfernen Wärmetauscher verbessert werden, wodurch die Spannungen aufgrund der Fliehkräfte redu¬ ziert werden können. Casting a core per heat exchanger accounts. Furthermore, the introduction of force in the off-axis heat exchanger can be improved, whereby the stresses due to the centrifugal forces can be redu ¬ sheet.
Bei einer bevorzugten Ausführung ist zudem vorgesehen, dass der Stützkörper eine die Außenelemente umgebende, zylindrische Ein¬ fassung aufweist. Die Außenelemente sind hierbei an der Innen¬ seite der zylindrischen Einfassung befestigt. Durch den zylindrischen Mantel werden die Reibungsverluste im rotierenden Be¬ triebszustand der Vorrichtung deutlich verringert. Vorzugsweise wird der Rotor in einem Raum mit einem Umgebungsdruck von weniger als 50 mbar Absolutdruck, insbesondere weniger als 5 mbar Absolutdruck, betrieben. In a preferred embodiment it is also provided that the support body has an outer elements surrounding cylindrical ¬ A jack. The outer elements are in this case attached to the inner ¬ side of the cylindrical enclosure. Through the cylindrical shell, the frictional losses in rotating Be ¬ operating state of the apparatus are significantly reduced. Preferably, the rotor is operated in a room with an ambient pressure of less than 50 mbar absolute pressure, in particular less than 5 mbar absolute pressure.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von in der Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispielen, auf die sie jedoch nicht beschränkt sein soll, noch weiter erläutert. Im Einzelnen zeigen in der Zeichnung: The invention will be explained below with reference to preferred embodiments shown in the drawings, to which, however, it should not be limited. In detail, in the drawing:
Fig. 1 einen Querschnitt durch einen Wärmetauscher für eine erfindungsgemäße Rotor-Vorrichtung zur Übertragung thermischer Energie, wobei zwischen einem Innenrohr und einem Außenrohr ein Wärmeübertragungs-Rohr angeordnet ist; 1 shows a cross section through a heat exchanger for a rotor device according to the invention for the transmission of thermal energy, wherein between a inner tube and an outer tube, a heat transfer tube is arranged.
Fig. 2 einen Ausschnitt des in Fig. 1 dargestellten Wärmetauschers in demgegenüber vergrößertem Maßstab; Figure 2 shows a detail of the heat exchanger shown in Figure 1 in contrast enlarged scale.
Fig. 3 einen weiter vergrößerten Ausschnitt des Wärmetauschers gemäß Fig. 1 bzw. Fig. 2, wobei insbesondere äußere Lamellen des Wärmeübertragungs-Rohrs ersichtlich sind; 3 shows a further enlarged detail of the heat exchanger according to FIG. 1 or FIG. 2, whereby in particular outer fins of the heat transfer tube can be seen;
Fig. 4 eine alternative Ausführung eines im Strangpressverfahren hergestellten Wärmeübertragungs-Rohrs, das zur Anordnung in ei¬ nem Wärmetauscher gemäß den Fig. 1 bis 3 vorgesehen ist; Fig. 5 eine modifizierte Ausführung des in Fig. 4 dargestellten Wärmeübertragungs-Rohrs, bei der die Oberflächen der Lamellen wellenförmig gekrümmt sind; 4 shows an alternative embodiment of a heat transfer tube produced in the extrusion process, which is provided for arrangement in egg ¬ nem heat exchanger according to Figures 1 to 3 ..; Fig. 5 is a modified embodiment of the heat transfer tube shown in Fig. 4, in which the surfaces of the fins are undulating;
Fig. 6 einen Ausschnitt des in Fig. 5 dargestellten Wärmeübertragungs-Rohrs in demgegenüber vergrößertem Maßstab; Fig. 6 is a detail of the heat transfer tube shown in Fig. 5, on the contrary, on an enlarged scale;
Fig. 7 eine Ansicht einer rotierenden Vorrichtung zum Umwandeln thermischer Energie niedriger Temperatur in thermische Energie höherer Temperatur, bei der ein Arbeitsmedium in einem Rotor einen geschlossenen Kreisprozess durchläuft; Fig. 7 is a view of a rotary apparatus for converting low temperature thermal energy to higher temperature thermal energy, in which a working fluid in a rotor undergoes a closed loop process;
Fig. 8 eine weitere Ansicht der in Fig. 7 dargestellten Vorrichtung; Fig. 8 is another view of the device shown in Fig. 7;
Fig. 9 einen Längsschnitt durch eine alternative Ausführung der Vorrichtung im Bereich des Wärmetauschers, wobei die Strömung des Arbeitsmediums und die Strömung des Wärmeaustauschmediums schematisch (hier im Gegenstrom) dargestellt sind; 9 is a longitudinal section through an alternative embodiment of the device in the region of the heat exchanger, wherein the flow of the working medium and the flow of the heat exchange medium are shown schematically (here in countercurrent);
Fig. 10 einen vergrößerten Ausschnitt der Vorrichtung im Bereich des Wärmetauschers; 10 shows an enlarged detail of the device in the region of the heat exchanger;
Fig. 11 eine Schnittansicht der Vorrichtung im Bereich eines ringförmigen Spalts zur Erzielung einer Kreisströmung des Arbeitsmediums vor dem Eintritt in den Wärmetauscher; Figure 11 is a sectional view of the device in the region of an annular gap to achieve a circular flow of the working medium before entering the heat exchanger.
Fig. 12 eine schaubildliche Ansicht einer Ausführung des Wärme¬ übertragungs-Rohrs des Wärmetauschers, bei welcher die Stirnflä¬ chen der äußeren Lamellen in Strömungsrichtung gesehen nach vorne geneigt sind; 12 is a perspective view of an embodiment of the heat ¬ transmission tube of the heat exchanger, in which the Stirnflä ¬ surfaces of the outer fins are inclined in the direction of flow forward;
Fig. 13 eine schaubildliche Ansicht einer Verteilereinrichtung, mit welcher eine lineare Strömung des Wärmeaustauschmediums auf eine Vielzahl von ringförmig angeordneten Teilströmen aufgeteilt wird; 13 is a perspective view of a distributor device with which a linear flow of the heat exchange medium is divided into a plurality of annularly arranged partial flows;
Fig. 14 verschiedene Schnittansichten der Verteilereinrichtung gemäß Fig. 13; Fig. 15 eine Ausführung der Vorrichtung, bei welcher zur Lagerung der Wärmetauscher ein Stützkörper mit mehreren Plattenelementen vorgesehen ist; FIG. 14 shows various sectional views of the distributor device according to FIG. 13; FIG. 15 shows an embodiment of the device in which a support body with a plurality of plate elements is provided for mounting the heat exchanger;
Fig. 16 einen Ausschnitt des Stützkörpers mit einem darin gela¬ gerten Wärmetauscher; 16 shows a detail of the support body with a gela ¬ siege heat exchanger therein;
Fig. 17 eine schaubildliche Ansicht einer weiteren Ausführung des Stützkörpers mit im Wesentlichen parallel verlaufenden Verbindungsstegen; 17 is a perspective view of another embodiment of the support body with substantially parallel connecting webs.
Fig. 18 eine Ansicht einer weiteren Ausführung des Stützkörpers mit in radialer Richtung des Rotors verlaufenden und damit nach außen auseinanderlaufenden Verbindungsstegen; 18 is a view of a further embodiment of the support body with running in the radial direction of the rotor and thus diverging outwardly connecting webs.
Fig. 19 eine schaubildliche Ansicht einer weiteren Ausführung des Stützkörpers; und Fig. 19 is a perspective view of another embodiment of the support body; and
Fig. 20 eine schaubildliche Ansicht einer weiteren Ausführung des Stützkörpers. Fig. 20 is a perspective view of another embodiment of the support body.
In Fig. 1 ist ein Wärmetauscher 1 zum Einbau in einer rotierenden Vorrichtung 20 zur Umwandlung von Wärmeenergie mittels mechanischer Energie und umgekehrt (vgl. Fig. 7, 8) gezeigt. Der Wärmetauscher 1 weist ein inneres Längselement 2 und ein Außen¬ rohr 3 auf, welches das innere Längselement 2 umgibt. Als inne¬ res Längselement 2 ist ein hohles Innenrohr 4 vorgesehen. Das Außenrohr 3 und das Innenrohr 4 sind koaxial bezüglich einer zentralen Längserstreckungsachse 5 angeordnet. Zwischen dem In¬ nenrohr 4 und dem Außenrohr 3 ist ein Wärmeübertragungsrohr 6 angeordnet, das koaxial zum Außenrohr 3 bzw. zum Innenrohr 4 in Längsrichtung des Wärmetauschers 1 verläuft. Das Wärmeübertra¬ gungs-Rohr 6 weist eine Wand 7 mit einer äußeren Mantelfläche 8 und einer inneren Mantelfläche 9 auf, von der äußere Lamellen 10 bzw. innere 11 Lamellen abstehen. Die Lamellen 10, 11 erstrecken sich in Richtung der Längserstreckungsachse 5 des Wärmeübertra¬ gungs-Rohrs 6. Die äußeren Lamellen 10 ragen von der äußeren Mantelfläche 8 in radialer Richtung nach außen bis zu einer Innenfläche 12 des Außenrohrs 3. Die inneren Lamellen 11 springen von der inneren Mantelfläche 9 der Wand 7 des Wärmeübertragungs- Rohrs 6 bis zu einer Außenfläche 13 des Innenrohrs 4 vor. Dem¬ nach ist das Wärmeübertragungs-Rohr 6 zwischen dem Innenrohr 4 und dem Außenrohr 3 gehalten, wobei die äußeren Lamellen 10 am Außenrohr 3 und die inneren Lamellen 11 am Innenrohr 4 abgestützt sind. Zwischen den äußeren Lamellen 10 sind Zwischenräume 14 ausgebildet, die Wärmetauschkanäle 15 für ein erstes Wär¬ meaustauschmedium ausbilden. In entsprechender Art und Weise bilden Zwischenräume 16 zwischen den inneren Lamellen 11 Wärmetauschkanäle 17 für ein zweites Wärmeaustauschmedium. In Fig. 1, a heat exchanger 1 for installation in a rotary device 20 for converting thermal energy by means of mechanical energy and vice versa (see Fig. 7, 8) is shown. The heat exchanger 1 has an inner longitudinal member 2 and an outer tube ¬ 3, surrounding the inner elongate member. 2 As held ¬ res longitudinal member 2, a hollow inner tube 4 is provided. The outer tube 3 and the inner tube 4 are arranged coaxially with respect to a central longitudinal axis 5. In between the ¬ nenrohr 4 and the outer tube 3 is a heat transfer tube 6 is arranged, which extends coaxially with the outer tube 3 and the inner tube 4 in the longitudinal direction of the heat exchanger. 1 The Heat Transf ¬ confining tube 6 has a wall 7 with an outer surface 8 and an inner lateral surface 9, protruding from the outer fins 10 or inner fins 11. The fins 10, 11 extend in the direction of the longitudinal axis of extension 5 of the Heat Transf ¬ confining tube 6. The outer lamellae 10 project from the outer surface 8 in the radial direction outwardly to an inner surface 12 of the outer tube 3. The inner disk 11 to jump from the inner circumferential surface 9 of the wall 7 of the heat transfer Pipe 6 to an outer surface 13 of the inner tube 4 before. ¬ after the heat transfer tube 6 is held between the inner tube 4 and the outer tube 3, wherein the outer laminations 10 are supported on the outer tube 3 and the inner disc 11 on the inner tube. 4 Between the outer blades 10 spaces 14 are formed, the heat exchange channels 15 form for a first Wär ¬ meaustauschmedium. In a corresponding manner, spaces 16 between the inner fins 11 form heat exchange channels 17 for a second heat exchange medium.
Wie weiters aus Fig. 1 ersichtlich, sind eine Vielzahl, beispielsweise 250, von äußeren Lamellen 10 bzw. inneren Lamellen 11 vorgesehen, so dass in regelmäßigen Winkelabständen in Um- fangsrichtung des Wärmeübertragungs-Rohrs 6 beabstandete äußere Wärmetauschkanäle 15 für das erste Wärmeaustauschmedium bzw. innere Wärmetauschkanäle 17 für das zweite Wärmeaustauschmedium ausgebildet werden. Zweckmäßigerweise strömt das Wärmeaustausch¬ medium mit dem niedrigeren absoluten Druck in den äußeren Wärmetauschkanälen 15 zwischen den äußeren Lamellen 10, wobei das zweite Wärmeaustauschmedium mit erheblich höherem Druck durch die Wärmetauschkanäle 17 zwischen den inneren Lamellen 11 strömen kann. As can further be seen from FIG. 1, a multiplicity, for example 250, of outer plates 10 or inner plates 11 are provided, so that at regular angular intervals in the circumferential direction of the heat transfer tube 6, spaced outer heat exchange channels 15 for the first heat exchange medium or inner heat exchange channels 17 are formed for the second heat exchange medium. Conveniently, the heat exchange ¬ medium flows at the lower absolute pressure in the outer heat exchanging passages 15 between the outer laminations 10, wherein the second heat exchange medium with considerably higher pressure through the heat exchange channels 17 between the inner fins can flow. 11
Die beidseitige Abstützung des Wärmeübertragungs-Rohrs 6 ermög¬ licht es, dass durch den Differenzdruck verursachte Spannungen im Bereich der Wand 7 des Wärmeübertragungs-Rohrs 6 über die äu¬ ßeren Lamellen 10 auf das Außenrohr 3 übertragen werden. Umgekehrt können in die Wand 7 eingeleitete Kräfte über die inneren Lamellen 11 auf das Innenrohr 4 übertragen werden, wenn in den äußeren Wärmetauschkanälen 15 das Wärmeaustauschmedium mit dem höheren Druck strömt. Somit wird eine mechanisch sehr stabile Anordnung des Wärmeübertragungs-Rohrs 6 erzielt, welche zur Op¬ timierung des Wärmeübergangs zwischen den Wärmeaustauschmedien dünnwandig ausgeführt sein kann. Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführung beträgt das Verhältnis zwischen einer Wandstärke s der Wand 7 des Wärmeübertragungs-Rohrs 6 und einer Wandstärke s' des Außenrohrs 3 ungefähr 0,2. Weiters beträgt das Verhältnis zwischen der Wandstärke s des Wärmeübertragungs-Rohrs 6 und ei¬ ner Wandstärke s'' des Innenrohrs 4 ungefähr 0,3. Die dünnwandi¬ ge Ausführung des Wärmeübertragungs-Rohrs 6 erlaubt eine Wärmeübertragung mit hohem Wirkungsgrad, wodurch insbesondere auch die Erstreckung des Wärmetauschers in Längsrichtung verkürzt werden kann, was sich beispielsweise bei der anhand der Fig. 7 und 8 erläuterten Ausführung als vorteilhaft erwiesen hat . The bilateral support of the heat transfer tube 6 made it ¬ light that caused by the differential pressure stresses in the region of the wall 7 of the heat transfer tube 6 are transmitted via externa ¬ ßeren blades 10 to the outer tube. 3 Conversely, forces introduced into the wall 7 can be transmitted to the inner tube 4 via the inner lamellae 11 when the heat exchange medium at the higher pressure flows in the outer heat exchange channels 15. Thus, a mechanically very stable arrangement of the heat transfer tube 6 is achieved, which can be made thin-walled for Op ¬ timing of the heat transfer between the heat exchange media. In the embodiment shown in Fig. 1, the ratio between a wall thickness s of the wall 7 of the heat transfer tube 6 and a wall thickness s' of the outer tube 3 is approximately 0.2. Furthermore, the ratio between the wall thickness s of the heat transfer tube 6 and ei ¬ ner wall thickness s '' of the inner tube 4 is about 0.3. The dünnwandi ¬ ge embodiment of the heat transfer tube 6 allows a Heat transfer with high efficiency, whereby in particular the extension of the heat exchanger can be shortened in the longitudinal direction, which has proven to be advantageous for example in the embodiment explained with reference to FIGS. 7 and 8.
Wie insbesondere aus Fig. 2 ersichtlich, weisen die äußeren Lamellen 10 eine Höhe h, d.h. eine Erstreckung in radialer Richtung, auf, die bevorzugt größer als eine Höhe h' der inneren La¬ mellen 11 ist. Bei einer zweckmäßigen Ausführung beträgt das Verhältnis zwischen der Höhe h der äußeren Lamellen 10 und der Höhe h' der inneren Lamellen 11 zwischen 0,2 und 5, je nach Fluid, Massenstrom und Drücken. Wie weiters aus Fig. 3 ersichtlich, weisen die die äußeren Wärmetauschkanäle 15 ausbildenden Zwischenräume 14 eine Breite b von ungefähr 1 mm auf. Eine Breite b' der Zwischenräume 16 zwischen den inneren Lamellen 11 entspricht vorzugsweise der Breite b der Zwischenräume 14. As shown particularly in Fig. 2 can be seen, the outer disc 10 have a height h, that is an extension in the radial direction, which is preferably greater than a height h 'of the inner La ¬ mellen. 11 In an expedient embodiment, the ratio between the height h of the outer fins 10 and the height h 'of the inner fins 11 is between 0.2 and 5, depending on the fluid, mass flow and pressures. As further shown in Fig. 3, the outer heat exchange channels 15 forming gaps 14 have a width b of about 1 mm. A width b 'of the intermediate spaces 16 between the inner slats 11 preferably corresponds to the width b of the intermediate spaces 14.
Zur zweckmäßigen Kräfteübertragung ist das Wärmeübertragungs- Rohr 6 aus einem Material mit einem Elastizitätsmodul gefertigt, welches niedriger als das Elastizitätsmodul des Außenrohrs 3 bzw. des inneren Längselements 2 ist. Bevorzugt ist das Wärme¬ übertragungs-Rohr 3 aus einer Aluminium- oder Kupferlegierung gefertigt. Zur Erzielung einer hohen Steifigkeit ist das Außenrohr 3 bzw. das innere Längselement 2 aus einer hochfesten For expedient transmission of forces, the heat transfer tube 6 is made of a material with a modulus of elasticity which is lower than the modulus of elasticity of the outer tube 3 or of the inner longitudinal element 2. Preferably, the heat ¬ transmission pipe 3 is made of an aluminum or copper alloy. To achieve a high rigidity, the outer tube 3 or the inner longitudinal element 2 is made of a high-strength
Stahllegierung gefertigt. Die in den Fig. 1 bis 3 gezeigten äußeren bzw. inneren Lamellen 10 bzw. 11 sind zweckmäßigerweise als Fräsungen vorgesehen, welche mit hoher Genauigkeit in eine Vorform eingebracht werden können. Made of steel alloy. The outer and inner plates 10 and 11 shown in FIGS. 1 to 3 are expediently provided as milling, which can be introduced into a preform with high accuracy.
Die Fig. 4 bzw. 5 und 6 zeigen je eine alternative Ausführung des Wärmeübertragungs-Rohrs 6, welches insbesondere in einem Strangpressverfahren hergestellt wurde. Bei dieser Ausführung nimmt eine Wandstärke a der inneren Lamellen 11 bzw. eine Wand¬ stärke a' der äußeren Lamellen 10 in radialer Richtung nach innen bzw. in radialer Richtung nach außen ab. Demnach ist die Erstreckung der Lamellen 10, 11 in Umfangsrichtung anschließend an die Wand 7 des Wärmeübertragungs-Rohrs 6 am größten und nimmt mit der Entfernung zur Wand 7 kontinuierlich ab. Bei der gezeigten Ausführung sind Kanten der äußeren Lamellen 10 bzw. inneren Lamellen 11 abgerundet ausgeführt. 4 and 5 and 6 each show an alternative embodiment of the heat transfer tube 6, which was produced in particular by an extrusion molding process. In this embodiment, a wall thickness a of the inner laminations 11 and takes a wall thickness ¬ a 'of the outer disc 10 in the radially inward direction or in the radial direction to the outside. Accordingly, the extension of the fins 10, 11 in the circumferential direction following the wall 7 of the heat transfer tube 6 is greatest and decreases continuously with the distance to the wall 7. In the illustrated embodiment, edges of the outer fins 10 and inner lamellae 11 performed rounded.
Bei der in den Fig. 5 und 6 gezeigten Ausführung des Wärmeübertragungs-Rohrs 6 weisen die äußeren Lamellen 10 und die inneren Lamellen 11 konturierte Oberflächen auf, welche in Richtung der Längserstreckungsachse 5 verlaufende Täler 19' bzw. Berge 19'' aufweist, so dass ein wellenförmiger Verlauf erzielt wird. Auf diese Weise wird die für einen Wärmeaustausch zur Verfügung stehende Wärmeaustauschfläche erheblich vergrößert. In the embodiment of the heat transfer tube 6 shown in FIGS. 5 and 6, the outer lamellae 10 and the inner lamellae 11 have contoured surfaces which have valleys 19 'or mountains 19 "extending in the direction of the longitudinal axis 5, so that a wave-shaped course is achieved. In this way, the heat exchange surface available for heat exchange is considerably increased.
Die Fig. 7 und 8 zeigen die Anordnung des Wärmetauschers 1 in einer Vorrichtung 20 zum Umwandeln von mechanischer Figs. 7 and 8 show the arrangement of the heat exchanger 1 in an apparatus 20 for converting mechanical
Energie in Wärmeenergie und umgekehrt, die insbesondere als Wär¬ mepumpe betrieben wird. Eine solche Vorrichtung 20 - jedoch mit andersartigen Wärmetauschern - ist in der AT 505 532 Bl beschrieben . Energy in heat energy and vice versa, which is operated in particular as a heat ¬ mepumpe. Such a device 20 - but with different heat exchangers - is described in AT 505 532 Bl.
Die Vorrichtung 20 umfasst einen Rotor 21, der mittels eines (nicht dargestellten) Motors um eine Drehachse 22 rotierbar ist. Im Rotor 21 ist ein Strömungskanal für ein einen geschlossenen Kreisprozess durchlaufendes Arbeitsmedium, beispielsweise ein Edelgas, vorgesehen. Der Rotor 21 weist eine Verdichtereinheit 23 und eine Entspannungseinheit 24 auf, die ein Rohrleitungssys¬ tem bilden. In radial verlaufenden Verdichtungsrohren 25 der Verdichtereinheit 23 strömt das Arbeitsmedium mit Bezug auf die Drehachse 22 in radialer Richtung nach außen, wobei das Arbeitsmedium aufgrund der Zentrifugalbeschleunigung verdichtet wird. Entsprechend wird das Arbeitsmedium zur Druckverringerung in Entspannungsrohren 26 der Entspannungseinheit 24 im Wesentlichen radial nach innen geführt. Die Verdichtereinheit 23 und die Ent¬ spannungseinheit 24 sind durch axial verlaufende Abschnitte des Rohrleitungssystems miteinander verbunden, in denen ein Wärmeaustausch mit einem Wärmeaustauschmedium, beispielsweise Wasser, erfolgt. Zu diesem Zweck sind äußere Wärmetauscher 1' bzw. innere Wärmetauscher 1'' vorgesehen, in denen das in den Verdichtungsrohren 25 verdichtete Arbeitsmedium Wärme an ein Wärmeaustauschmedium einer ersten Temperatur abgibt bzw. das in den Entspannungsrohren 26 entspannte Arbeitsmedium Wärme vom Wärmeaustauschmedium einer zweiten Temperatur aufnimmt. Demnach wird die auf das Arbeitsmedium wirkende Zentrifugalbeschleuni- gung dazu ausgenützt, um verschiedene Druckniveaus bzw. Tempera¬ turniveaus zu erzeugen. Dem verdichteten Arbeitsmedium wird Wärme hoher Temperatur entzogen, und dem entspannten Arbeitsmedium wird Wärme vergleichsweise niedriger Temperatur zugeführt. The device 20 comprises a rotor 21 which is rotatable about a rotation axis 22 by means of a motor (not shown). In the rotor 21, a flow channel for a closed loop process continuous working fluid, such as a noble gas, is provided. The rotor 21 has a compressor unit 23 and a flashing unit 24, which form a Rohrleitungssys ¬ tem. In radially extending compression tubes 25 of the compressor unit 23, the working fluid flows radially outward with respect to the rotation axis 22, compressing the working fluid due to the centrifugal acceleration. Accordingly, the working medium for pressure reduction in expansion tubes 26 of the expansion unit 24 is guided substantially radially inwards. The compressor unit 23 and the Ent ¬ voltage unit 24 are connected to each other by axially extending portions of the piping system, in which a heat exchange with a heat exchange medium, for example water, takes place. For this purpose, outer heat exchangers 1 'and inner heat exchangers 1''are provided, in which the working medium compressed in the compression tubes 25 gives off heat to a heat exchange medium of a first temperature or the working medium expanded in the expansion tubes 26 absorbs heat from the heat exchange medium at a second temperature , Accordingly, the centrifugal acceleration acting on the working medium is used to generate different pressure levels or tempera ¬ turn levels. High-temperature heat is removed from the compressed working medium, and heat is supplied to the relaxed working medium at a comparatively low temperature.
Die Wärmetauscher 1' bzw. 1'' sind über Leitungen 27, 28 bzw. 29 miteinander flüssigkeitsleitend verbunden. Das Wärmeaustauschme¬ dium wird dem Rohrleitungssystem über einen Zulauf 31 eines statischen Verteilers 32 zugeführt; über einen mitdrehenden Verteiler 33 wird das Wärmeaustauschmedium sodann über die Leitung 27 dem Wärmetauscher 1' zugeführt, in welchem es erwärmt The heat exchangers 1 'and 1''are fluidly connected to each other via lines 27, 28 and 29, respectively. The Wärmeaustauschme ¬ dium is supplied to the pipe system via an inlet 31 of a static distributor 32; via a co-rotating distributor 33, the heat exchange medium is then supplied via the line 27 to the heat exchanger 1 ', in which it heats up
durch die Leitung 28 in den mitdrehenden Verteiler 33 rückgeführt wird. Über den statischen Verteiler 32 bzw. einen Ablauf wird das erwärmte Wärmeübertragungsmedium sodann einem Wärmekreislauf zugeführt. is returned by the line 28 in the co-rotating distributor 33. About the static manifold 32 and a drain, the heated heat transfer medium is then fed to a heat cycle.
Das kalte Wärmeaustauschmedium des Wärmetauschers 1 ' ' wird über einen Zulauf 34 eines statischen Verteilers 35 geleitet, mit ei¬ nem weiteren mitdrehenden Verteiler 36 in die mitdrehende Leitung 29 zum Niederdruck-Wärmetauscher 1'' gefördert, wo Wärme an das gasförmige Arbeitsmedium abgegeben wird. Anschließend wird das Wärmeaustauschmedium über den mitdrehenden Verteiler 36 dem statischen Verteiler 35 zugeführt, und verlässt abschließend über einen Ablauf die Vorrichtung 20. The cold heat exchange medium of the heat exchanger 1 '' is passed through an inlet 34 of a static distributor 35, promoted with ei ¬ nem further co-rotating manifold 36 in the co-rotating line 29 to the low-pressure heat exchanger 1 '', where heat is released to the gaseous working fluid. Subsequently, the heat exchange medium is supplied via the co-rotating distributor 36 to the static distributor 35, and finally leaves the device 20 via a drain.
Zur Erzielung eines zweckmäßigen Wärmeübergangs sind die Wärme¬ tauscher 1' bzw. 1'' durch die anhand der Fig. 1 bis 6 erläuterten Wärmetauscher 1 gegeben, wobei als zweites Wärmeaustauschme¬ dium das Arbeitsmedium, als erstes Wärmeaustauschmedium das Wärmeaustauschmedium vorgesehen ist. Bei der gezeigten Ausführung strömen das Arbeitsmedium und das Wärmeaustauschmedium im Gegenstrom in den Wärmetauschkanälen 15 bzw. 17, wobei in den Wärmetauschern 1 ' , 1 ' ' für eine geeignete Rückführung des Wärmeaustauschmediums zu sorgen ist. To achieve a suitable heat transfer the heat ¬ exchanger 1 'and 1''by the methods illustrated with reference to FIGS. 1 to 6 heat exchanger 1 are given, wherein as the second Wärmeaustauschme ¬ dium the working medium, is provided as first heat exchange medium, the heat exchange medium. In the embodiment shown, the working medium and the heat exchange medium flow in countercurrent in the heat exchange channels 15 and 17, wherein in the heat exchangers 1 ', 1''to ensure proper recycling of the heat exchange medium.
Fig. 9 zeigt einen Längsschnitt durch eine alternativen Ausführung der Vorrichtung 20 im Bereich des Wärmetauschers 1, wobei die Strömung 20' des Arbeitsmediums und die Strömung 20'' des Wärmeaustauschmediums schematisch dargestellt ist. Fig. 10 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt des Wärmetauschers 1. Demnach weist der Wärmetauscher 1 in einem zentralen Hohlraum 37 des nenrohrs 4 eine Zugstange 38 auf. An den aus dem Innenrohr 4 vorstehenden Enden der Zugstange 38 sind Kopfteile 38' befes¬ tigt, welche die Stirnseiten des Wärmetauschers 1 abdecken. Fig. 9 shows a longitudinal section through an alternative embodiment of the device 20 in the region of the heat exchanger 1, wherein the flow 20 'of the working medium and the flow 20''of the heat exchange medium is shown schematically. Fig. 10 shows an enlarged section of the heat exchanger 1. Accordingly the heat exchanger 1 in a central cavity 37 of the nenrohrs 4 a tie rod 38. To the inner tube 4 from the projecting ends of the tie rod 38 head parts 38 'buildin ¬ Untitled which cover the end faces of the heat exchanger. 1
Wie aus Fig. 9 weiters ersichtlich, weist die Vorrichtung 20 weiters eine Zuleitung 39 für das Arbeitsmedium auf. Die Zulei¬ tung 39 ist mit einem ringförmigen Spalt 40 verbunden, in welchem die lineare Strömung in der Zuleitung 39 in eine kreisförmige Strömung des Arbeitsmediums um die Längsachse des Wärmetau¬ schers 1 umgewandelt wird (vgl. Fig. 11) . Der ringförmige Spalt 40 ist in der gezeigten Ausführung zwischen der Mantelfläche des aus dem Innenrohr 4 vorstehenden Endes der Zugstange 38 und einer Innenwandung des Kopfteils 38' gebildet. Darüber hinaus weist der Wärmetauscher 1 in Strömungsrichtung nach dem ringförmigen Spalt 40 einen ebenfalls ringförmigen Raum 41 auf, in welchem der Übergang von der kreisförmigen Strömung in die radiale Strömung in den inneren Wärmetauschkanälen 17 stattfindet. As further seen in Fig. 9, the device 20 further includes a supply line 39 for the working fluid. The Zulei ¬ tung 39 is connected to an annular gap 40 in which the linear flow in the supply line 39 is converted to the longitudinal axis of Wärmetau ¬ exchanger 1 in a circular flow of the working medium (see. Fig. 11). The annular gap 40 is formed in the embodiment shown between the lateral surface of the protruding from the inner tube 4 end of the tie rod 38 and an inner wall of the head portion 38 '. In addition, the heat exchanger 1 in the flow direction after the annular gap 40 on a likewise annular space 41, in which the transition from the circular flow into the radial flow in the inner heat exchange channels 17 takes place.
Wie aus Fig. 12 ersichtlich, weist das Wärmeübertragungs-Rohr 6 zwischen Stirnflächen 42 der äußeren Lamellen 10 Eintrittsöffnungen 43 für das Wärmeaustauschmedium auf. Die Eintrittsöffnungen 43 sind mit einer Zuführung 44 für das Wärmeaustauschmedium verbunden. In der gezeigten Ausführung sind die Stirnflächen 42 der äußeren Lamellen 10 in Strömungsrichtung gesehen nach vorne geneigt. Der optimale Winkel zwischen den Stirnflächen 42 der äußeren Lamellen 10 und der Längsachse des Wärmeübertragungs- Rohrs 6 wird bevorzugt in Abhängigkeit von der Strömungsge¬ schwindigkeit ausgewählt. Bei Strömungsgeschwindigkeiten von kleiner 2 Meter pro Sekunde (m/s) sind steilere Winkel von grö¬ ßer 45° möglich. Bei Geschwindigkeiten größer 2 m/s sind flachere Winkel von Vorteil. Generell sind aufgrund des limitierenden Platzbedarfs flache Winkel, insbesondere ein Winkel von 45°, zu bevorzugen . As can be seen from FIG. 12, the heat transfer tube 6 has end openings 42 for the heat exchange medium between end faces 42 of the outer lamellae. The inlet openings 43 are connected to a feed 44 for the heat exchange medium. In the embodiment shown, the end faces 42 of the outer slats 10 are inclined forward as viewed in the flow direction. The optimum angle between the end faces 42 of the outer plate 10 and the longitudinal axis of the heat transfer tube 6 is preferably selected depending on the Strömungsge ¬ speed. Steeper angle GroE ¬ SSER 45 ° at flow rates of less than 2 meters per second (m / s) are possible. At speeds greater than 2 m / s, flatter angles are an advantage. In general, due to the limited space requirement, flat angles, in particular an angle of 45 °, are to be preferred.
Wie aus Fig. 9, 10, vgl. insbesondere auch Fig. 13, 14, ersichtlich, weist der Wärmetauscher 1 zwischen den Eintrittsöffnungen 43 der äußeren Wärmetauschkanäle 15 und der Zuführung 44 für das Wärmeaustauschmedium eine Verteilereinrichtung 45 zur Aufteilung der Strömung des Wärmeaustauschmediums in der Zuführung 44 in mehrere Teilströme in Umfangsrichtung des Wärmeübertragungs- Rohrs 6 auf. Die Verteilereinrichtung 45 weist mehrere hinterei¬ nander durchströmbare Stufen aus kreisbogenförmigen Verteilerelementen 46 auf. Die Verteilerelemente 46 weisen jeweils zwei Durchtrittsöffnungen 47 zum Durchtritt des Wärmeaustauschmediums in die Verteilerelemente 46 der nächsten Stufe auf, so dass die Verteilerelemente 46 derselben Stufe parallel bzw. gleichmäßig durchströmt werden. In der gezeigten Ausführung ist jede Durchtrittsöffnung 47 mit genau einem Verteilerelement 46 verbunden, welches im Wesentlichen symmetrisch bezüglich der Durchtrittsöffnung 47 angeordnet ist. Die Durchtrittsöffnungen 47 sind hierbei an gegenüberliegenden Enden der kreisbogenförmigen Verteilerelemente 46 angeordnet. As is apparent from FIGS. 9, 10, cf. In particular, Fig. 13, 14, can be seen, the heat exchanger 1 between the inlet openings 43 of the outer heat exchange channels 15 and the feed 44 for the heat exchange medium, a distributor device 45 for dividing the flow of the heat exchange medium in the feed 44 in a plurality of partial flows in the circumferential direction of the heat transfer tube 6. The manifold 45 has a plurality of through-flow hinterei ¬ Nander steps circular arc-shaped distributor elements 46th The distributor elements 46 each have two passage openings 47 for the passage of the heat exchange medium into the distributor elements 46 of the next stage, so that the distributor elements 46 of the same stage are flowed through in parallel or uniformly. In the illustrated embodiment, each passage opening 47 is connected to exactly one distributor element 46, which is arranged substantially symmetrically with respect to the passage opening 47. The passage openings 47 are arranged here at opposite ends of the circular-arc-shaped distributor elements 46.
Wie aus Fig. 13, 14 weiters ersichtlich, nimmt die Länge der Verteilerelemente 46 von Stufe zu Stufe, in Strömungsrichtung gesehen, ab. Fig. 14a bis Fig. 14f zeigen Schnitte durch die einzelnen Stufen der Verteilereinrichtung 45, wobei Fig. 14a die Eintrittsseite der Verteilereinrichtung 45 und Fig. 14f die Austrittsseite der Verteilereinrichtung 45 zeigt. In der gezeigten Ausführung ist das in Strömungsrichtung gesehen erste Verteilerelement 46 halbkreisförmig, wobei die Verteilerelemente 46 der nachfolgenden Stufen durch entsprechend kürzere Bogenelemente gebildet sind. Die austrittsseitigen Verteilerelemente 46 der Verteilereinrichtung 45 sind derart angeordnet, dass eine kreis¬ ringförmige Austrittsfläche 48 gebildet wird, welche im Wesent¬ lichen in gleichen Winkelabständen Austrittsöffnungen 49 aufweist. Die Austrittsöffnungen 49 sind in Strömungsrichtung unmittelbar vor den Eintrittsöffnungen 43 der äußeren Wärmetauschkanäle 15 angeordnet. Aufgrund der symmetrischen Anordnung der Verteilerelemente 46 legt das Wärmeaustauschmedium im Wesentli¬ chen gleiche Strömungswege zwischen der Zuführung 44 und den Austrittsöffnungen 49 der Verteilereinrichtung 45 zurück. Aus Fig. 14 sind zudem Befestigungsmittel 50 ersichtlich, mit wel¬ chen die Verteilerelemente 46 in einer definierten Stellung zueinander gehalten sind. As can be further seen from FIGS. 13, 14, the length of the distributor elements 46 decreases from stage to stage, seen in the direction of flow. FIGS. 14a to 14f show sections through the individual stages of the distributor device 45, wherein FIG. 14a shows the inlet side of the distributor device 45 and FIG. 14f shows the outlet side of the distributor device 45. In the embodiment shown, the first distributor element 46, viewed in the flow direction, is semicircular, with the distributor elements 46 of the subsequent stages being formed by correspondingly shorter arc elements. The exit-side manifold members 46 of the manifold 45 are arranged such that a circular annular ¬ exit surface 48 is formed having in Wesent ¬ union at equal angular intervals outlet openings 49th The outlet openings 49 are arranged in the flow direction immediately in front of the inlet openings 43 of the outer heat exchange channels 15. Due to the symmetrical arrangement of the distributor elements 46, the heat exchange medium essentially passes the same flow paths between the feed 44 and the outlet openings 49 of the distributor device 45. From Fig. 14 also fastener 50 can be seen, with wel ¬ Chen the distributor elements 46 are held in a defined position to each other.
Fig. 15 zeigt einen Teil der Vorrichtung 20, wobei einer der in Bezug auf die Drehachse inneren Wärmetauscher 1'' und einer der in Bezug auf die Drehachse äußeren Wärmetauscher 1' ersichtlich sind. Die Längsachsen der Wärmetauscher 1', 1'' sind im Wesentlichen parallel zur Drehachse des Rotors 21 angeordnet. Fig. 15 shows a part of the device 20, wherein one of the inner axis of rotation with respect to the heat exchanger 1 '' and one with respect to the axis of rotation outer heat exchanger 1 'can be seen are. The longitudinal axes of the heat exchangers 1 ', 1''are arranged substantially parallel to the axis of rotation of the rotor 21.
Wie aus Fig. 15 weiters ersichtlich, weist der Rotor 21 einen gemeinsamen Stützkörper 51 zur Halterung der inneren Wärmetauscher 1'' und der äußeren Wärmetauscher 1' auf. Gemäß Fig. 15 weist der Stützkörper 51 mehrere im Wesentlichen senkrecht zur Drehachse angeordnete, in Richtung der Drehachse beabstandete Plattenelemente 52 auf (vgl. auch Fig. 16), welche Ausnehmungen zum Durchtritt der Wärmetauscher 1', 1'' aufweisen. Die Wärmetauscher 1', 1'' sind hierbei mit Stützrohren 53 ummantelt, wel¬ che Abstufungen 54 zur Lagerung der Plattenelemente 52 aufweisen . As is further apparent from FIG. 15, the rotor 21 has a common support body 51 for holding the inner heat exchangers 1 '' and the outer heat exchanger 1 '. 15, the support body 51 has a plurality of plate elements 52, which are arranged substantially perpendicular to the axis of rotation and are spaced apart in the direction of the axis of rotation (cf., also FIG. 16), which have recesses for the passage of the heat exchangers 1 ', 1''. The heat exchanger 1 ', 1''are in this case coated with support tubes 53, wel ¬ che gradations 54 for supporting the plate members 52 have.
Wie aus Fig. 15 weiters ersichtlich, weisen die äußeren Wärmetauscher 1' zwischen den Außenrohren 3 und dem Stützkörper 51 jeweils ein Isolationselement 55 aus einem thermisch isolierenden Material auf. Demgegenüber bleiben die inneren Wärmetauscher 1'' von solchen Isolationselementen frei, so dass der Stützkörper 51 im Betrieb im Wesentlichen die Temperatur der inneren Wärmetauscher 1'' annimmt. As is further apparent from FIG. 15, the outer heat exchangers 1 'between the outer tubes 3 and the support body 51 each have an insulation element 55 made of a thermally insulating material. In contrast, the inner heat exchanger 1 '' remain free of such insulation elements, so that the support body 51 in operation substantially the temperature of the inner heat exchanger 1 '' assumes.
Fig. 17 zeigt eine alternative Ausführung des Stützkörpers 51, welcher gemäß Fig. 17 als bezüglich der Drehachse rotationssymmetrischer Profilkörper 56 ausgebildet ist. Der Profilkörper 56 weist ein Innenelement 57 mit mehreren inneren Aussparungen 58 zur Aufnahme der inneren Wärmetauscher 1 ' ' und mehrere Außenelemente 59 mit äußeren Aussparungen 60 zur Aufnahme der äußeren Wärmetauscher 1' auf. Gemäß Fig. 17 sind als Außenelemente 59 in Umfangsrichtung geschlossene, zylindrische Aufnahmen 59' vorge¬ sehen, welche die äußeren Aussparungen 60 einschließen. FIG. 17 shows an alternative embodiment of the supporting body 51, which according to FIG. 17 is designed as a profile body 56 which is rotationally symmetrical with respect to the axis of rotation. The profile body 56 has an inner member 57 with a plurality of inner recesses 58 for receiving the inner heat exchanger 1 '' and a plurality of outer elements 59 with outer recesses 60 for receiving the outer heat exchanger 1 '. Referring to FIG. 17, as the outer elements 59 in the circumferential direction closed, cylindrical seats' pre ¬ see 59, which include the outer recesses 60.
Wie aus Fig. 17, 18 ersichtlich, ist das Innenelement 57 mit je¬ dem Außenelement 59 über genau zwei in radialer Richtung verlau¬ fende Verbindungsstege 61 verbunden. Der Abstand zwischen den Verbindungsstegen 61 nimmt vorteilhafterweise radial nach außen zu (vgl. Fig. 18) . Die Wandstärke der Verbindungsstege nimmt vorteilhafterweise in radialer Richtung ab. In der Ausführung gemäß Fig. 18 sind die Außenelemente 59 über Schweißverbindungen 62 mit den Verbindungsstegen 61 verbunden. Darüber hinaus sind Schweißverbindungen 62 zwischen den Verbindungsstegen 61 und dem Innenelement 57 vorgesehen. Anstelle der Schweißverbindungen 62 kann auch eine formschlüssige Verbindung, beispielsweise eine Hammerkopf- oder Schwalbenschwanz-Verbindung, vorgesehen sein. As shown in Fig. 17, 18 can be seen, the inner member 57 is connected to each ¬ the outer member 59 through exactly two duri ¬ Fende in the radial direction connecting bars 61. The distance between the connecting webs 61 advantageously increases radially outward (see Fig. 18). The wall thickness of the connecting webs advantageously decreases in the radial direction. In the embodiment according to FIG. 18, the outer elements 59 are connected to the connecting webs 61 via welded connections 62. In addition, are Welded joints 62 between the connecting webs 61 and the inner member 57 are provided. Instead of the welded joints 62 may also be a positive connection, such as a hammer head or dovetail connection may be provided.
Fig. 19 zeigt eine alternative Ausführung des Stützkörpers 51, wobei die Außenelemente 59 in Richtung des Innenelements 57 of¬ fene äußere Aussparungen 60 aufweist. 19 shows an alternative embodiment of the support body 51, wherein the outer elements 59 in the direction of the inner member 57 of ¬ fene outer recesses 60 has.
Fig. 20 zeigt eine weitere Ausführung des Stützkörpers 51, wel¬ cher gemäß Fig. 20 eine an der Außenseite der Außenelemente 59 befestigte, zylindrische Einfassung 63 aufweist. 20 shows a further embodiment of the support body 51, wel ¬ cher according to FIG. 20 has a fixed to the outside of the outer elements 59, cylindrical enclosure 63.

Claims

Patentansprüche : Claims:
1. Vorrichtung (20) zum Umwandeln thermischer Energie niedriger Temperatur in thermische Energie höherer Temperatur mittels mechanischer Energie und umgekehrt mit einem drehbar um eine Drehachse (22) gelagerten Rotor (21), in dem ein Strömungskanal für ein einen geschlossenen Kreisprozess durchlaufendes Arbeitsmedi¬ um vorgesehen ist, das in einer Verdichtereinheit (23) zur 1. A device (20) for converting thermal energy of low temperature into thermal energy of higher temperature by means of mechanical energy and vice versa with a rotatable about an axis of rotation (22) mounted rotor (21) in which a flow channel for a closed loop process continuous Arbeitsmedi ¬ order is provided in a compressor unit (23) for
Druckerhöhung mit Bezug auf die Drehachse im Wesentlichen radial nach außen geführt wird und in einer Entspannungseinheit (24) zur Druckverringerung mit Bezug auf die Drehachse (22) im We¬ sentlichen radial nach innen geführt wird, wobei zumindest ein in Bezug auf die Drehachse innerer Wärmetauscher (1'') und zu¬ mindest ein in Bezug auf die Drehachse äußerer WärmetauscherPressure increase with respect to the axis of rotation is guided essentially radially outward and in an expansion unit (24) is guided for pressure reduction with respect to the rotation axis (22) We ¬ sentlichen radially inward, wherein at least in respect to the rotation axis internal heat exchanger (1 '') and to ¬ at least one with respect to the axis of rotation outer heat exchanger
(1') für einen Wärmeaustausch zwischen dem Arbeitsmedium und einem Wärmeaustauschmedium vorgesehen sind, wobei die Wärmetauscher (1', 1'') bevorzugt im Wesentlichen parallel zur Drehachse des Rotors (21) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (21) einen den inneren (1'') und/oder äußeren Wärmetauscher (1') über dessen Längserstreckung abstützenden Stützkörper (51) zur Halterung des inneren (1'') und/oder äußeren Wärmetauschers (1') aufweist. (1 ') are provided for a heat exchange between the working medium and a heat exchange medium, wherein the heat exchangers (1', 1 '') are preferably arranged substantially parallel to the axis of rotation of the rotor (21), characterized in that the rotor (21) a supporting body (51) supporting the inner (1 '') and / or outer heat exchanger (1 ') over its longitudinal extension for holding the inner (1' ') and / or outer heat exchanger (1').
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine äußere Wärmetauscher (1') zwischen dem Außenrohr (3) und dem Stützkörper (51) ein Isolationselement (55) aus einem thermisch isolierenden Material aufweist, wobei der innere Wärmetauscher (1'') von einem Isolationselement (55) frei bleibt . 2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the at least one outer heat exchanger (1 ') between the outer tube (3) and the support body (51) comprises an insulating element (55) made of a thermally insulating material, wherein the inner heat exchanger (1 '') remains free of an insulating element (55).
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützkörper (51) mehrere im Wesentlichen senkrecht zur Drehachse angeordnete, in Richtung der Drehachse beabstandete Plattenelemente (52) aufweist, welche Ausnehmungen zur Lagerung der Wärmetauscher aufweisen. 3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the supporting body (51) has a plurality of substantially perpendicular to the axis of rotation, spaced in the direction of the axis of rotation plate elements (52) which have recesses for mounting the heat exchanger.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Stützkörper (51) ein in Richtung der Drehachse erstreckter Profilkörper (56) vorgesehen ist, welcher ein Innenelement (57) mit zumindest einer inneren Aussparung (58) für den zumindest einen inneren Wärmetauscher (1'') und zumindest ein Außenelement (59) mit zumindest einer äußeren Aussparung (60) für den zumindest einen äußeren Wärmetauscher (1') aufweist. 4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that as a supporting body (51) extending in the direction of the axis of rotation profile body (56) is provided, which has an inner element (57) with at least one inner recess (58) for the at least one inner heat exchanger (1 '') and at least one outer element (59) with at least one outer recess (60) for the at least one outer heat exchanger (1 ').
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Innenelement (57) und das Außenelement (59) über im Wesentlichen in radialer Richtung verlaufende Verbindungsstege (61) miteinander verbunden sind. 5. Apparatus according to claim 4, characterized in that the inner element (57) and the outer element (59) are connected to each other via substantially radially extending connecting webs (61).
6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Außenelemente (59) vorgesehen sind, wobei bevorzugt genau zwei Verbindungsstege (61) zwischen dem Innenelement (57) und jedem Außenelement (59) vorgesehen sind. 6. Apparatus according to claim 4 or 5, characterized in that a plurality of outer elements (59) are provided, wherein preferably exactly two connecting webs (61) between the inner element (57) and each outer element (59) are provided.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Außenelement (59) des Stütz¬ körpers (51) als zylindrische Aufnahme (59') für den äußeren Wärmetauscher (1') ausgebildet ist. 7. Device according to one of claims 4 to 6, characterized in that the at least one outer element (59) of the support ¬ body (51) as a cylindrical receptacle (59 ') for the outer heat exchanger (1') is formed.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützkörper (51) eine die Außenelemente (59) umgebende, zylindrische Einfassung (63) aufweist. 8. Device according to one of claims 4 to 7, characterized in that the supporting body (51) has a the outer elements (59) surrounding, cylindrical enclosure (63).
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