NO742540L

NO742540L -

Info

Publication number: NO742540L
Application number: NO742540A
Authority: NO
Inventors: D J O'reilly
Original assignee: Colt Int Ltd
Priority date: 1973-07-13
Filing date: 1974-07-12
Publication date: 1975-02-10
Also published as: DE2433351A1; BE817633A; SE7409023L; FR2237155B3; FR2237155A1; NL7409438A; DK377974A

Description

VarraeutvekslerVarare exchanger

Foreliggende oppfinnelse skaffer til veie en varmeutveksler nærmere bestemt enskjont ikke utelukkende oppvarming av et gassformet fluidum såsom luft fra et annet gassformet fluidum. The present invention provides a heat exchanger more specifically, although not exclusively, for heating a gaseous fluid such as air from another gaseous fluid.

Oppfinnelsen er en varmeutveksler som utmerker seg vedThe invention is a heat exchanger that excels at

en propeller med blader som avgrenser innvendige sentrifugalkanaler, organer for tilforsel av fluidum til de radialt indre ender av nevnte kanaler når propelleren roterer og organer for isolering av fluidum som strommer ut fra de radialt ytre ender av nevnte kanaler, fra propellerbladenes ytre overflater. a propeller with blades defining internal centrifugal channels, means for supplying fluid to the radially inner ends of said channels when the propeller rotates and means for isolating fluid flowing out from the radially outer ends of said channels, from the outer surfaces of the propeller blades.

Propelleren arbeider for å drive frem fluidum i kontakt med dens bladers ytre overflater og sentrifugerer fluidum radialt utover gjennom bladenes indre kanaler. Varmeutveksling finner sted mellom de to fluidumer uten innbyrdes blanding av disse. The propeller works to propel fluid in contact with the outer surfaces of its blades and centrifuges the fluid radially outward through the inner channels of the blades. Heat exchange takes place between the two fluids without mixing between them.

Sentrifugalkanalene strekker seg fortrinnsvis til ut-lopene ved spissene av bladene og munner ut i et samlekammer som omgir propelleren. The centrifugal channels preferably extend to the outlets at the tips of the blades and open into a collection chamber surrounding the propeller.

Samlekammeret er fortrinnsvis også i form av et spiralhus. The collection chamber is preferably also in the form of a spiral housing.

Spiralhuset virker som en diffusor, idet fluidum som strommer ut fra bladenes spisser inn i spiralhuset, vandrer rundt . spiralhuset og endelig gjennom dettes tangensiale avlop med avtagende hastighet og okende statisk trykk, hvorved strommen utover av fluidum gjennom bladenes innvendige kanaler ytterligere understøttes. The spiral housing acts as a diffuser, as fluid flowing out from the tips of the blades into the spiral housing travels around. the spiral housing and finally through its tangential drain with decreasing speed and increasing static pressure, whereby the outward flow of fluid through the internal channels of the blades is further supported.

i in

Sentrifugalkanalen strekker seg hensiktsmessig fra inntakene for de radiale indre ender av bladene, idet inntakene åpner fra et hult nav i propelleren. The centrifugal duct conveniently extends from the intakes for the radial inner ends of the blades, the intakes opening from a hollow hub in the propeller.

Bladene kan bære en skjermring ved sine spisser, hvilken skjermring roterer med bladene og har en liten lopsklaring med den indre omkrets av/spiralhuset. The blades may carry a shield ring at their tips, which shield ring rotates with the blades and has a small clearance with the inner circumference of the spiral housing.

Varmeutveksleren kan videre omfatte en varmeanordning for oppvarming av fluidum som trekker inn i det hule nav ved virkningen av propelleren for å sentrifugere fluidum radialt utover gjennom bladenes innvendige kanaler. The heat exchanger can further comprise a heating device for heating fluid which draws into the hollow hub by the action of the propeller to centrifuge the fluid radially outwards through the internal channels of the blades.

I dette tilfelle arbeider varmeutveksleren for oppvarming av fluidum som drives frem av dets bladers ytre overflater. In this case, the heat exchanger works to heat fluid that is propelled by the outer surfaces of its blades.

Varmeanordningen kan være en forbrennings-varmeanordning, The heating device can be a combustion heating device,

idet det sentrifugerte fluidum er luft og forbrenningsgasser. the centrifuged fluid being air and combustion gases.

Likeledes kan forbrenningsluftstrommen til varmeanordningen være indusert av den sentrifugerte luft og forbrenningsgasser. Likewise, the combustion air flow to the heating device can be induced by the centrifuged air and combustion gases.

I det folgende skal som rene eksempler og under henvisning til tegningene beskrives spesielle utforelser av foreliggende oppfinnelse, idet fig. 1 er en noe skjematisk fremstilling av en varmeutveksler i samsvar med foreliggende oppfinnelse for anvendelse i en romoppvarmningsanordning for romvarmeformål, fig. 2 er et front-riss av en romvarmeanordning i samsvar med oppfinnelsen og som an-vender en varmeutveksler i samsvar med oppfinnelsen, med frontpanelet for kapslingen fjernet for å vise innvendige detaljer, og fig. 3 er et sideriss delvis i snitt eller linjen A-A på fig. 2. In the following, special embodiments of the present invention will be described as pure examples and with reference to the drawings, as fig. 1 is a somewhat schematic representation of a heat exchanger in accordance with the present invention for use in a space heating device for space heating purposes, fig. 2 is a front view of a space heater in accordance with the invention and using a heat exchanger in accordance with the invention, with the front panel of the enclosure removed to show internal details, and FIG. 3 is a side view partially in section or the line A-A in fig. 2.

På tegningene er vist en kapsling 1 med en ramme 2 og som opptar en propeller i form av en elektromotordrevet vifte med et lopehjul generelt betegnet med 10. Lopehjulet har et hult nav 11 eller 11' og hule blader 12 som avgrenser innvendige kanaler 13 som hver strekker seg fra en inntaksåpning 14 ved dens radialt indre ende til en utlbpsåpning 15 ved dens spiss . Inntaksåpningen 14 åpner fra innersiden av navet 11 eller 11' og avlbpsåpningen 15 munner ut gjennom en skjermring 16 båret rundt med bladene og som loper inne i den indre omkrets av et stasjonært spiralhus 17 båret av kapslingen ved hjelp av en profilplate 4 understdttet på en mellomramme 5-Det tangensialt rettede utlop 18 fra spiralhuset eller spiralkammeret står i forbindelse med en avgassledning 19 som strekker seg bort fra kapslingen.. The drawings show an enclosure 1 with a frame 2 and which accommodates a propeller in the form of an electric motor driven fan with an impeller generally denoted by 10. The impeller has a hollow hub 11 or 11' and hollow blades 12 which delimit internal channels 13 which each extends from an intake opening 14 at its radially inner end to an outlet opening 15 at its tip. The intake opening 14 opens from the inside of the hub 11 or 11' and the output opening 15 opens through a shield ring 16 carried around with the blades and which runs inside the inner circumference of a stationary spiral housing 17 carried by the enclosure by means of a profile plate 4 supported on an intermediate frame 5-The tangentially directed outlet 18 from the spiral housing or spiral chamber is connected to an exhaust gas line 19 which extends away from the enclosure..

En brenner 20 for flytende eller gassformet brensel, men fortrinnsvis sistnevnte, er anbragt i en kanal 21 i kapslingen og forer fra et inntak 22 for forbrenningsluft i den ytre frontvegg 6 av kapslingen inn i det indre av det hule nav 11' eller 11'. A burner 20 for liquid or gaseous fuel, but preferably the latter, is placed in a channel 21 in the housing and leads from an intake 22 for combustion air in the outer front wall 6 of the housing into the interior of the hollow hub 11' or 11'.

Navet omfatter i et eksempel en sylindrisk inntaksåpning lia som forer til et divergerende stumpkjegleformet kammer 11b, hvis ende med storst diameter er avstengt av en endevegg. Som et alternativ forer inntaksåpningen 11'a til et hult sylindrisk kammer 24. Brennerflammen er rettet inn i inntaksåpningen lia eller 11'a, sam-men med forbrenningsluften og overskytende luft trukket inn gjennom forbrenningsluftåpningen 22 og inn i det hule nav ved virkningen av In one example, the hub comprises a cylindrical intake opening 11a which leads to a diverging frustoconical chamber 11b, whose end with the largest diameter is closed off by an end wall. Alternatively, the intake opening 11'a leads to a hollow cylindrical chamber 24. The burner flame is directed into the intake opening 11a or 11'a, together with the combustion air and excess air drawn in through the combustion air opening 22 and into the hollow hub by the action of

. det roterende lopehjul.. the rotating impeller.

Virkemåten er som folger:The way it works is as follows:

Viften drives for å trekke romluft inn i kapslingen gjennom luftinn-tak på siden i motsatte sider av kapslingen foran profilplaten 4 og et av disse inntak er antydet ved -26. Luftinntakene 26 er adskilt fra inntaket 22 for forbrenningsluft og den luft som trekkes inn gjennom dem, passerer til kontakt med de ytre overflater av vifte-bladene. Luften går over bladenes ytre overflater i varmeutvekslings-kontakt med dem og drives fremover av bladene gjennom en avldpska-nal 27 for å passere ut av kapslingen gjennom en utlopsåpning 28 i dens bakre vegg 7 til det omgivende rom som skal oppvarmes ved hjelp av varmeanordningen. The fan is operated to draw room air into the enclosure through air intakes on the side on opposite sides of the enclosure in front of the profile plate 4 and one of these intakes is indicated at -26. The air intakes 26 are separate from the intake 22 for combustion air and the air drawn in through them passes into contact with the outer surfaces of the fan blades. The air passes over the outer surfaces of the blades in heat exchange contact with them and is driven forward by the blades through an exhaust duct 27 to pass out of the enclosure through an outlet opening 28 in its rear wall 7 to the surrounding space to be heated by means of the heating device.

Forbrenningsluft suges inn for stromning gjennom for-brenningsluftinntaket' 22 ved hjelp av den sentrifugerte luft og for- Combustion air is sucked in to flow through the combustion air intake' 22 by means of the centrifuged air and

brenningsgasser som går utover gjennom de innvendige kanaler 13 inncombustion gases that go outwards through the internal channels 13 into

i spiralhuset 17 og derfra inn i rdkgasskanalen 19. Den varme luft og forbrenningsgasser avkjdles i deres gjennomgang utover gjennom bladene ved varmeutveksling med romoppvarmningsluften. Den elektriske motor (ikke vist) kan drive lopehjulet umiddelbart, idet dette bæres av kapslingen inne i avldpskanalen 27 på egnede avstivere. Som et alternativ kan motoren drive lopehjulet over en rem eller lignende, idet lopehjulet er lagret i dette tilfellet i frontlageret og bakre lågere båret av rammen. Et forreste lager for rotoren er antydet in the spiral housing 17 and from there into the exhaust gas channel 19. The hot air and combustion gases are cooled in their passage outwards through the blades by heat exchange with the room heating air. The electric motor (not shown) can drive the impeller immediately, as this is supported by the casing inside the output channel 27 on suitable braces. As an alternative, the motor can drive the idler over a belt or the like, the idler being stored in this case in the front bearing and the rear bearing carried by the frame. A front bearing for the rotor is suggested

ved 30.at 30

Med den beskrevne anordning vil det være klart at en enkel motor bare er nodvendig for å bevirke stromningen av romluften som skal oppvarmes og forbrenningsluften som skal understdtte for-brenningen av brensel for oppvarming av romluften. With the device described, it will be clear that a simple motor is only necessary to effect the flow of the room air to be heated and the combustion air to support the combustion of fuel for heating the room air.

Det vil .være klart at viftens lopehjul må være forsynt med et langt storre antall rotorblader enn vist på fig. 1. For å It will be clear that the fan's impeller must be provided with a far greater number of rotor blades than shown in fig. 1. In order to

oke varmeutvekslingsoverflåtene kan rotorbladene ha en kordedimen-sjpn med sammenlignbar utstrekning med bladenes spennvidde. In addition to the heat exchange surfaces, the rotor blades can have a chord dimension with a comparable extent to the blades' span.

Vifterotoren er fortrinnsvis en rotor for aksialstromning med aerofoil-bladtverrsnitt. The fan rotor is preferably an axial flow rotor with an aerofoil blade cross-section.

Den beskrevne luftvarmeanordning er liten og kompakt. The described air heating device is small and compact.

Avgassene drives frem gjennom skorstenen ved lopehjulets virkning. The exhaust gases are driven forward through the chimney by the action of the impeller.

En liten ldpsklaring opprettholdes mellom skjermen 16A small ldps clearance is maintained between screen 16

og spiralhuset 17, idet skjermen avgrenser smale, aksialt rettede ringformede kanaler 31 med motsatt aksialt rettede flenser som avgrenser den indre omkrets av spiralhuset. Romluft trer inn i kapslingen gjennom inntakene 26 og suges inn i spiralhuset 17 gjennom kanalene 31 og forbrenningsprodukter hindres i å unnslippe fra spiralhuset gjennom kanalene 31 ved hjelp av denne innstrømning av romluft gjennom kanalene. Dette fremkommer fordi trykket inne i spiralhuset er lavere enn atmosfærisk trykk på grunn av diffusjonen av luft som går omkring spiralhuset og gjennom spiralhusavlopet 18. and the spiral housing 17, the screen delimiting narrow, axially directed annular channels 31 with opposite axially directed flanges that delimit the inner circumference of the spiral housing. Room air enters the enclosure through the intakes 26 and is sucked into the spiral housing 17 through the channels 31 and combustion products are prevented from escaping from the spiral housing through the channels 31 by means of this inflow of room air through the channels. This occurs because the pressure inside the spiral housing is lower than atmospheric pressure due to the diffusion of air that goes around the spiral housing and through the spiral housing drain 18.

En varmeutveksler i samsvar med oppfinnelsen kan benytte en hvilken som helst kilde for oppvarmet fluidum til erstatning for forbrenningsprodukter tilfort rotorens nav. Således kan for eksempel anvendes spillvarme som normalt fores bort i exhausten for en kraft- A heat exchanger in accordance with the invention can use any source of heated fluid to replace combustion products supplied to the hub of the rotor. Thus, for example, waste heat that is normally carried away in the exhaust can be used for a power

maskin.machine.

En varmeutveksler i samsvar med oppfinnelsen kan som et alternativ anvendes til avkjdling av et fluidum, såsom luft, som går til kontakt med dens bladers ytre overflater, idet det sentrifugerte fluidum er avkjdlt vann eller for eksempel flytende carbondioksyd, som kan være sirkulert ved hjelp av sentrifugalvirkningen av det roterende skovlehjul i et lukket sirkulasjonssystem som inkluderer rotorens hule nav. A heat exchanger in accordance with the invention can, as an alternative, be used to cool a fluid, such as air, which comes into contact with the outer surfaces of its blades, the centrifuged fluid being cooled water or, for example, liquid carbon dioxide, which can be circulated by means of the centrifugal action of the rotating impeller in a closed circulation system that includes the hollow hub of the rotor.

I dette tilfelle ville i stedet for ldpsklaringene 31 være anordnet en egnet væsketetning mellom den bevegelige skjerm 16 og det stasjonære spiralhus 17-In this case, instead of the ldps clearances 31, a suitable liquid seal would be arranged between the movable screen 16 and the stationary spiral housing 17-

Rotoren kan anvendes for å drive et flytende medium i stedet for et gassformet medium såsom luft. For eksempel kan rotoren arbeide i en væskefyllt kanal for å bevege væsken gjennom kanalen, idet væsken passerer over rotorbladenes ytre overflater i varmeutvekslingsforhold med det fluidum som sentrifugeres utover gjennom bladenes hule innvendige kanaler. Et slikt fluidum kan være'gassformet eller flytende og det kan være enten varmt eller kaldt, idet væsken beveges langs kanalen ved hjelp av rotoren. The rotor can be used to drive a liquid medium instead of a gaseous medium such as air. For example, the rotor can work in a liquid-filled channel to move the liquid through the channel, the liquid passing over the outer surfaces of the rotor blades in heat exchange conditions with the fluid that is centrifuged outwards through the blades' hollow internal channels. Such a fluid can be gaseous or liquid and it can be either hot or cold, the liquid being moved along the channel by means of the rotor.

Når rotoren arbeider i en væskefyllt kanal, må nødvendig-vis en ytterligere kanal for foring av fluidum inn i rotornavet og for sentrifugering'utover gjennom de hule rotorblader, gå gjennom veggen av den væskefyllte kanal i et eller annet punkt, idet en ytterligere rotasjonstetning må være anordnet på et egnet sted, for eksempel inne i den væskefyllte kanal og mellom rotornavet og den ytterligere kanal, idet sistnevnte bærer et av rotorens lågere. When the rotor operates in a liquid-filled channel, an additional channel for feeding fluid into the rotor hub and for centrifugation beyond through the hollow rotor blades must necessarily pass through the wall of the liquid-filled channel at some point, as an additional rotary seal must be arranged in a suitable place, for example inside the liquid-filled channel and between the rotor hub and the further channel, the latter carrying one of the rotor's bearings.

Når det fluidum som går inn i rotornavet og sentrifugeres utover gjennom de hule rotorblader, sirkulerer i et lukket system, kan dette være et system for oppvarming eller kjdling, som kan danne en del av et ytterligere varmeutvekslingssystem. Således kunne sy-stemet være et kjdlesystem for en motordrevet maskin for eksempel, idet fluidumet, kjdlemaskinen og deretter avgir varme til luft som går over rotorbladenes ytre overflater. When the fluid that enters the rotor hub and is centrifuged outwards through the hollow rotor blades circulates in a closed system, this can be a system for heating or cooling, which can form part of a further heat exchange system. Thus, the system could be a cooling system for an engine-driven machine, for example, as the fluid, the cooling machine, then emits heat to air that passes over the outer surfaces of the rotor blades.

Oppfinnelsen kan anvendes for å gi varmeutveksling mellom to fluidumstromninger, hvorav den ene eller den annen kan være flytende eller gassformet, uten innbyrdes sammenblanding av stromningene, The invention can be used to provide heat exchange between two fluid flows, one or the other of which can be liquid or gaseous, without intermingling of the flows,

•og til å frembringe stromning av begge strommer samtidig når de brin-ges til varmeutvekslingsforhold, idet bare et enkelt drevet element •and to produce flow of both currents simultaneously when they are brought to heat exchange conditions, with only a single driven element

anvendes, det vil si en rotor med hule blader. Enten den ene eller den annen eller begge strdmmer kan sirkulere i et lukket kretsldp som inkluderer en av strdmningsbanene for varmeutveksleren ifolge oppfinnelsen. is used, i.e. a rotor with hollow blades. Either one or the other or both streams can circulate in a closed circuit which includes one of the flow paths for the heat exchanger according to the invention.

Claims

1. Heat exchanger, characterized by a propeller (10) with blades (12) delimiting internal centrifugal channels (13) means (11 or 11', l4> 21, 22) for supplying fluid to the radially inner ends of said channels when the propeller rotates, and means (16, 17) for isolating fluid flowing out from the radially outer ends of said channels, from the outer surfaces of the propeller blades.

2. Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the centrifugal channels extend to the drains (15) at the tips of the blades and open into a collection chamber (16, 17) which surrounds the propeller.

3. Heat exchanger according to claim 2, characterized in that the collecting chamber (16,17) is in the form of a spiral housing.

4. Heat exchanger according to one of the preceding claims, characterized in that the centrifugal channels extend from the intakes (14) at the radially inner ends of the blades, the intakes opening from a hollow hub (11 or 11') in the propeller.

5. Heat exchanger according to claim 4, characterized in that the blades carry a shield ring (16) at the tip, which shield ring rotates with the blades and has a small clearance (31) with the inner circumference of the spiral housing.

6. Heat exchanger according to one of the preceding claims, characterized by a heating device (20) for heating fluid which is drawn into the hollow hub (11 or 11') by the operation of the propeller to centrifuge the fluid radially outwards through the internal channels of the blades (13 )•

7. Heat exchanger according to claim 6, characterized in that the heating device is a combustion heating device, the centrifuged fluid being air and combustion gases.

8. Heat exchanger according to claim 7> characterized in that the combustion air flow to the heating device is induced by means of the centrifuged air and the combustion gases.

9. Heat exchanger according to one of the preceding claims, characterized in that the blades (12) have a chord dimension with a comparable extent to their span.

10. Heat exchanger according to one of the preceding claims, characterized in that the propeller comprises an axial flow rotor (10) with blades (12) of aerofoil cross-section.