Wärmeaustauscher. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Wärmeaustauscher.
Die Erfindung ermöglicht, einen Wärme austauscher zu schaffen, bei welchem die aus getauschte Wärmemenge pro Flächeneinheit der Wärmetauschfläche relativ gross ist.
Der erfindungsgemässe Wärmeaustauscher besitzt einen Rotor mit einer Mehrzahl von offenen Ringkanälen, die koaxial zur Dreh achse des Rotors angeordnet sind, und einen dein Rotor zugeordneten Stator, der- Leit- bleche, die in die genannten Ringkanäle hin einragen und diese absperren, sowie Deckel organe für diese Ringkanäle aufweist, sowie Mittel zur Schaffung von Querkanälen in dem Stator, welche Querkanäle verschiedene Ring kanäle des Rotors an neben den Leitblechen liegenden 'Stellen zu Gruppen miteinander verbinden, um das Strömen von Fluida in Fluidteilströme durch die verschiedenen Ka näle zu ermöglichen.
Diese Ausbildung des Wärrneaustauschers ermöglicht die Errei chung verbesserter Resultate beim Betrieb von Wärmeaustauschern.
Die Erfindung ist besonders anwendbar auf den Wärmeaustausch zwischen zwei gas förmigen Fluida, zum Beispiel zum Vor wärmen von Luft für eine Verbrennungsein- rielrtung mittels der Abwärme zum Beispiel eines Dampfkessels, einer Brennkraftmaschine oder einer Gasturbinenanlage.
Im folgenden wird die Erfindung an Hand der Zeichnung in einem Ausführungsbeispiel., das die Vorwärmung von Luft betrifft, näher erläutert; es zeigen Fig. 1 schematisch und im Längsschnitt nach der Linie 1-1 in Fig. 2 einen Wärme- austauscher für Luftvorwärmung, Fig.2 einen Teilschnitt nach der Linie 2-2 in Fig.1. Fig. 3 einen abgewickelten Teilschnitt nach der Linie 3-3 in Fig. 2,
Fig. 4 schaubildlich eine Einzelheit des Wärmeaustausehers gemäss den Fig.1-3. Fig. 5 eine Variante zu Fig. 3, Fig.6 einen Querschnitt nach der Linie 6-6 in Fig. 5, Fig. 7 schaubildlich eine Einzelheit der Ausführung gemäss Fig. 5, Fig. 8 eine weitere Variante zu Fig. 3, Fig. 9 einen Querschnitt nach der Linie 9-9 in Fig. 8,
Fig. 10 einen Längsschnitt nach der Linie 10-10 inFig. 8, Fig.11 eine weitere Variante zu Fig. 3, Fig.12 einen Längsschnitt analog Fig.7. durch eine Variante zur Ausführung gemäss Fig.1 und Fig.13 einen Querschnitt nach der Linie <B>13-13</B> in Fig. 12.
Der in den Fig. 11 gezeigte Wärmeaus tauscher besitzt einen Rotor, der einen Wellen teil 12 und eine Trommel aufweist, welche durch eine 'Stirnwand 16, eine zylindrische Umfangswand 18 und eine zweite Stirnwand 20 begrenzt wird. Die zylindrische Umfangs- wand 1'8 trägt eine Mehrzahl von äussern, axialen Abstand voneinander aufweisenden Rippen 2--?, zwischen welchen äussere, offene Ringkanäle 24 gebildet sind. Ferner trägt die Trommel eine Mehrzahl von ähnlichen innern Rippen 26, zwischen welchen innere, offene Ringkanäle 28 gebildet sind. Je eine innere und eine äussere dieser Rippen 22., 26 liegen in derselben Radialebene des Rotors.
Dem Rotor ist ein Stator zugeordnet, der eine hohle trommelförmige Form aufweist. Der Stator ist koaxial zum Rotor angeordnet und besitzt eine innere zylindrische Gehäuse wand 32, die von den innern Rippen<B>26</B> radia len Abstand aufweist. Der :Stator besitzt ferner einen rohrförmigen Einlass 34 am einen, einen Auslass 316 am andern Ende für das eine Fluidum und eine äussere, zylin drische Gehäusewand 38, welche den Rotor umgibt und von den äussern Rippen 22 radia len Abstand aufweist.
Ferner besitzt der Stator Stirnwände 40 und 42, wobei die erstere die Stirnwand 16 des Rotors über deckt und bis zum Wellenteil 12 desselben reicht, wo eine Dichtung 41 angeordnet ist, während die andere Stirnwand 4"2 bis zum rohrförmigen Einlass 34 des Stators reicht. Eine Einlassleitung 44 für das andere Flui dum steht über eine Öffnung 46 am einen Ende des Rotors mit einem Raum 48 in Ver bindung, welcher von der Umfangswand<B>13</B> der Rotortrommel und der äussern Gehäuse wand 38 des 'Stators gebildet ist.
Der Raum 48 steht am andern Ende des Rotors über eine Öffnung 49 mit dem Auslass'52 in Verbindung. Eine Wand 54 ragt einwärts gegen eine Dich tung 56 und bildet zusammen mit der Wand 42 eine Auslassleitung 58, welche mit einem Raum 60, welcher von der Umfangswand 18 der Rotortrommel und der innern Gehäuse wand 3.? des Stators gebildet ist in Ver bindung steht.
Beim dargestellten Beispiel strömt das eine Fluidum, zum Beispiel zu erwärmende Luft, durch den Einlass 34 in den Stator und durchströmt diesen in Richtung des Pfeils 62. Vom Stator gelangt die Luft, wie dies an schliessend näher erläutert wird, in den Raum 60, durchströmt ihn von rechts nach links und entweicht aus diesem Raum durch die Auslass leitung 58.
Heisses Fluidum, zum Beispiel Verbren nungsgase, strömen in Richtung des Pfeils 64 durch die Einlassleitung 44 und gelangen durch die Öffnung 46 in den Raum 48. Das heisse CTas strömt im in Fig.1 dargestellten Wärmeaustauscher von links nach r eehts durch diesen Raum in Richtung der Pfeile 64a,, wie dies nachfolgend näher beschrieben wird, und verlässt letzteren durch die Öffnung 49 und die Auslassleitung 52.
Die innere Ge häusewand 32, des Stators trägt eine Mehrzahl von Leitblechen 6,6, welche sich axial zum Rotor erstrecken und mit Abstand vonein ander rund um den Umfang der Wand 32 an. geordnet sind. Diese Leitbleche besitzen eine Mehrzahl von Fingern 68, welche in die in- nern Ringkanäle 28 des Rotors hineinragen und sie annähernd vollständig ausfüllen.
Ähnliche mit Fingern 72 versehene Leitbleche 70, die in Fig. 1 nicht sichtbar sind, sind an der äussern Gehäusewand 38 des Stators an geordnet, von wo sie sich einwärts er:streeker, wobei ihre Finger 72 in die äussern Ring kanäle 24 des Rotors hineinragen und sie an nähernd vollständig ausfüllen (Fig. 2 und 4).
Ausserhalb der Rippen 22 ist zwiselren j:- zwei Leitblechen 70 ein als Deckelorgan dienendes Deckband 74 angeordnet, welches sieh axial dicht über den freien Enden der Rippen 29 erstreckt. Die Deckbänder sind mit. Trennwänden 76 festverbunden, die von der äussern Gehäusewand 38 des Stators getragen werden, was am besten in Fig. 2 ersiehtlieh ist, und weisen in Umfangsrichtung der Ring kanäle 24 Abstand von den Leitblechen 70 auf zwecks Bildung von weiter unten beschrie benen Öffnungen.
Die Trennwände 76 er strecken sieh in Umfangsrichtung von einem Leitblech 70 zum nächsten und besitzen in bezug auf die Rotorachse schräggestellte -Mit telteile 78, welche auf den Deckbändern 7:1 zu liegen kommen, und quergerichtete Endteile 80.
Die Endteile 80 der Trennwände 76 er strecken sich über die Kanten der Deckbänder 74 hinaus gegen die nächstliegenden Leit- bleche 70, hin und teilen die Räume zwischen den Längsrändern der Deckbänder 74 und dea Leitblechen 70 in zwei Gruppen von axial mit einander in Flucht befindlichen. Durchfluss- öffnungen zwischen je zwei benachbarten Leitblechen 70.
Die eine Gruppe dieser Öff nungen besteht aus den Einlassöffnungen 82, 82a, 82b und 82c, während die andere Gruppe die Auslassöffnungen 84, 84a, 84b und 84e (Fig. 3 und 4) umfasst. Der letztgenannte Raum ist durch die Trennwände 76 in eine Mehrzahl von in bezug auf die Rotoraehse schrägen Querkanälen 86, 86a, 8fib und 86L (Fig.3 und 4) aufgeteilt.
Diese Querkanäle werden durch das Deckband 74, die Leitbleche 70, die äussere Gehäusewand 38.des Stators und die entsprechenden Trennwände 76 begrenzt.
Innerhalb der Umfangswand 18 der Rotortrommel ist ein ähnliches Gebilde, wie vorhin beschrieben, vorgesehen, das Deck bänder 88, welche nahe den freien Enden der innern Rippen 26 verlaufen, sowie eine Mehr zahl von Trennwänden 90 zum Abstützen der Deckbänder 8,8 aufweist, wobei eine Anzahl von Öffnungen 92 und 94 geschaffen ist. Zu sammen mit den Deckbändern 88 begrenzt die innere Gehäusewand 32 des Stators mit, derl anliegenden innern Leitblechen 6Ü in bezug auf die Rotorachse schrägverlaufende Quer kanäle 90, welche den Querkanälen 86 ent sprechen.
Die Querkanäle 86 und 96 unterscheiden sieh dadurch voneinander, dass sie bezüglich der Rotorachse in entgegengesetzten Richtun gen schräg verlaufen.
Die Wirkungsweise des beschriebenen Wärmeaustauschers ist die folgende: Das durch die Leitung 44 und die Öffnung 4'6' eintretende heisse Verbrennungsgas strömt radial durch eine Gruppe von Ringkanälen 2 4 und gelangt durch die Einlassöffnung 82, wo es rund um den Umfang des Wärmeaus tauschers verteilt wird. Es sei dabei angenom men, dass der Rotor in Richtung des Pfeils 98 in Fig.4 rotiere.
Zufolge der zwischen der:r Gas und der mitrotierenden Rippen 22 be wirkten Reibung strömt das Gas in den Ring kanälen 24 ebenfalls in der Rotationsrichtung des Rotors unter den Deckbändern 74 durch, bis es durch die Finger 7.2 der Leitbleche 70, welche die Ringkanäle 24 absperren, radial nach aussen aus diesen herausgedrängt wird.
Wird nun der Verlauf der Gasströme in dem in Fig. 3 und 4 gezeigten Teil des Wärme- austauschers betrachtet, so ist ersichtlich, dass die Gasströme, die durch die Einlassöffnung 82 in die Ringkanäle 24 eintreten und durch die Auslassöffnung 84 diese wieder verlassen, schräg durch die Querkanäle 86a und die Ein lassöffnung 82a in eile anschliessende Grupp-c von Ringkanälen 24 strömen, durch welche das Gas so lange strömt,
bis es durch die Auslass- öffnung 84a in den Querkanal 86b austritt, durch welchen das Gas zur Einlassöffnung einer folgenden Gruppe von Ringkanälen 24 gelangt. Dieser Strömungsvorgang wiederholt sich, bis das Gas den Auslass 52 erreicht. Aus Fig. 4 ist ersichtlich, dass der durch die Ein lassöffnung 82 eintretende Gasstrom, welcher in den Ringkanälen 24 in einzelne Gasteil ströme aufgeteilt wird, längs eines annähernd schraubenlinienförmigen Weges zwischen zwei benachbarten Leitblechen 70 über den Rotor strömt.
Der Strömungsverlauf der zu erwärmen den Luft durch die Ringkanäle 28 zwischen den innern Rippen 26 ist derselbe, wie er vorangehend beschrieben wurde, das heisst, die Luft strömt durch den Einlass 34 in den Stator bzw. durch den Auslass 36 in die Ring kanäle 28 ein und wird in eine Anzahl von Teilströmen aufgeteilt, wovon jede zwischen zwei benachbarten Leitblechen längs des Ro tors auf einem annähernd schraubenlinien förmigen Weg zur Auslassleitrmg 58 strömt.
Aus Fig.1 ist ersichtlich, dass die beiden Fluida in entgegengesetzten Richtungen zu einander durch die Ringkanäle strömen, wo bei der heisseste Teil des Crases denjenigen Teil des Rotors bestreicht, der mit der heisse sten Luft in Berührung steht, während der kühlste Teil des Gases denjenigen Teil des Rotors bestreicht, der mit der kühlsten Luft in Berührung steht.
Im vorangehenden wurde der Betrieb des '\@'ärmeaustauschers bei Verwendung desselben als Luftvorvärmer beschrieben. Bei solchen Wärmeaustauscherm. ist es üblich, dass die heissen Verbrennungsgase durch die äussern Ringkanäle 2-. der Rotortrommel strömen, während die Luft durch die innern Ringkanäle 28 dieser Trommel geleitet werden, da das Volumen des durch den Wärmeaustauseher in der Zeiteinheit strömenden Gases grösser ist als dasjenige der zu erwärmenden Luft.
Ausserdem lässt sieh der die äussern Ring kanäle aufweisende Ringteil leichter von festen Rückständen, wie Asche und dergleiche Ablagerungen des relativ schmutzigen Ver brennungsgases reinigen. Soweit es aber den allgemeinen Strömungsvorgang betrifft, ist zii sagen, dass, wenn erwünscht, auch das heisse Fluidum durch die innern und das zu erwär mende Fluidum durch die äussern Ringkanäle geleitet werden kann.
Die Anordnung wird jeweils auf Grund der Beschaffenheit und Charakteristik der Fluida und des gewünseb- ten Wi äimeaustausches zwischen diesen Fluida ausgewählt.
Bekanntlich ist die zwischen einem Flui dum und einem festen Körper ausgetauschte 'V@Tärmemenge unter anderem eine Funktion der Relativgeschwindigkeit zwischen Fluidum und festem Körper. Bei der beschriebenen Ausbildung des Wärmeaustauscliers kann zu diesem Zweck in einfachster Weise eine rela tiv hohe Relativgeschwindigkeit zwischen dem Rotor und dein gasförmigen Fluida erzielt werden.
Auch durch Begrenzung der ununter brochenen Strömung der Fluida in den ein zelnen Ringkanälen auf eine bestimmte Bogen länge, kann die Art der Strömung so gesteuert werden, dass eine grosse Wärmemenge ausge tauscht wird, und zwar nicht nur zufolge der Grossen Relativgeschwindigkeit zwischen den Piuida und dem Rotor, sondern auch zufolge (1a,# Tatsache, dass die Absolutgescliwindigkeit des Fluidums genügend klein gehalten werden kann, um eine zu grosse turbulente Strömung zu verhindern.
Wenn die Strömungsgeschwin digkeit genügend klein ist, kann normaler weise eine laminare Strömung aufrechterhal ten werden, ausgenommen in den Grenz- schichten, in denen Turbulenzerseheinungen auf tret(:
n. Diese Turbulenzerscheinungen sind vom Standpunkt des Wärmeübergangs aus gesehen erwünscht und bilden keinen grossen Strömungswiderstand. Da die Ringkanäle ausserdem im allgemeinen relativ tief und eng sind, genügt die Turbulenz in den Grenz- schichten der 'Strömung, um den Grossteil des Fluidstromes mit der Oberfläche des festen Körpers in Berührung zu bringen.
Würde das Fluidum in einem Ringkanal auf eine sui grosse Absolutgesehwindigkeit beseliletuii-t, so dass die Differenz zwischen der Gesehwin- digkeit desselben und der CTesehwindi-keit der R.ingkanalwäncle klein ist, indem es zu lange in dem Ringkanal strömen kann. so würde nicht nur die Temperaturdifferenz und die ausgetauschte Wärmemenge ent sprechend kleiner, sondern es würde auch eine turbulente Rotationsströmung entstehen, di(>. unerwünscht ist.
Demgegenüber wird durch Ausstossen des Fluidums nach einer bestimm ten Wegstreeke aus den Ringkanälen und Überleiten desselben in eine andere Gruppe von Ringkanälen gewährleistet, dass alles Fluidum mit der Wä rmeaustausehfläehe des Rotors in innige Berührung gebracht wird.
Die Anzahl, der gegenseitige Abstand, die Querschnittsform und die Quersehnittsfläelic der Ringkanäle können verschieden gewählt werden, je nach der Art der jeweiligen Ver hältnisse, dem Charakter der verwendeten Fluida, den Einlass- und den gewünsehten Auslasstemperaturen derselben, dem Fluid- druck und anderen Faktoren.
Diese Faktoren beeinflussen auch die Länge der Strömungs- wege der Fluida in den einzelnen Ring kanälen und die Anordnun der R.ingl#anäle in Gruppen. Die Ringkanäle können beispiels weise in einem Extremfall so angeordnet sein, dass jede Ringl#,analgi-Lippe nur aus einem einzigen Ringkanal besteht. Beim beschriebe nen Beispiel besitzen die Ringkanäle unter einander, aus Gründen der Einfachheit, Blei ehen Querschnitt.
Es versteht sich jedoch, dass in Fällen, in welchen ein heisses Gas während seines Strömens dureb den Wärmeaus- tauscher sein spezifisches Volumen infolge grosser Abkühlung stark verkleinert und wo eine annähernd konstante StrÖmungsgeschwin- digkeit aufrechterhalten werden soll, die Rippen am kälteren Ende näher beieinande. liegen können als am heissen Ende, um so der Verminderung des spezifischen Volumens des Gases Rechnung zu tragen.
Auch bei Wärmeaustauschern, bei welchen der Strömungsweg des Gases relativ lang ist und sich über eine relativ grosse Anzahl von Gruppen von Ringkanälen erstreckt, kann durch die Wirkung der Reibung eine höhere Gasgeschwindigkeit im Wärmeaustauseher er zeugt werden, als dies erwünscht ist, wenn in jedem Fall ein gegebener Fluidteilstrom in Drehrichtung des Rotors (Fig.4) durch den Wärmeaustauscher strömt.
Dies kann leicht vermieden werden, wenn der Wärmeaus tauseher so ausgebildet wird, da.ss die Strö mungsrichtung des Fluidums in einer vorbe stimmten Anzahl von Gruppen von Ring kanälen umgekehrt verläuft, so dass in diesen Gruppen das Fluidum entgegen der Drehrich tung des Rotors strömt. In den Fig. 5 bis 7 ist ein solches Ausführungsbeispiel dargestellt. In fast allen Einzelheiten entspricht diese Aus führung dem vorangehend beschriebenen Bei spiel und entsprechende Teile sind auch mit entsprechenden Bezugszahlen versehen.
Der Unterschied der beiden Konstruktionen liegt darin, dass dieTrennwände 76 in aufeinander folgenden Gruppen angeordnet sind, wobei in irgendeinem gewählten Abschnitt, wie dies am besten in den Fig. 5 und 7 ersichtlich ist, die Neigungsrichtung der schräggestellten. Mittelteile 78 einer Gruppe von Trennwän den 76, wie bei 78a gezeigt, bezüglich der Rotorachse entgegengesetzt zu der vorangehen den Gruppe verläuft.
Wenn wir Fig. 3 und 5 bzw. 4 und 7 miteinander vergleichen, so ist ersichtlich, dass das Fluidum, das aus den Ringkanälen 24 durch die Auslassöffnung 84:c strömt, bei der Ausführung gemäss Fig. 5 und 7 axial zur Einlassöffnung 82b strömt, welche in Wirklichkeit eine axiale Verlängerung der Auslassöffnung 84a darstellt.
Von der Ein lassöffnung 82;b gelangt das Fluidum durch die Ringkanäle 24 entgegen der Drehrichtung des Rotors zur Auslassöffnung 84b, welche bei dieser Ausführung auf der gleichen Seite des Deckbandes 74 liegt wie die Einlassöffnungen 82 und 82a. Beim gezeichneten Beispiel wird die beschriebene Gegenströmung in eine Mehr zahl von Gruppen von Ringkanälen erzeugt.
In jedem Fall ist ersichtlich, dass wo die Strö mung entgegen der Drehrichtung des Rotors erfolgt, die Reibung eine Verzögerung der Strömung bewirkt, und durch geeignete Kon struktion bei einer bestimmten Ausführung kann die durchströmende Fluidmenge als Ganzes in einfacher Weise so geregelt werden, dass sie den jeweiligen speziellen Verhältnis sen entspricht.
Wie vorangehend erwähnt, sind die Ring kanäle vorteilhaft relativ tief und eng, wobei das Verhältnis der Kanaltiefe zur Kanalbreite zum Beispiel 10:1 oder noch grösser sein kann. Bei Verwendung solch tiefer und enger Ring kanäle wird der Wärmeübergang dadurch noch vergrössert, dass zusätzliche Führungs finger 102 und 104 (Fig.2) vorgesehen wer den. Diese Finger ragen nur durch einen Teil der vollen Tiefe der Ringkanäle in die letzte ren hinein und sind so angeordnet, dass sie das durch die Ringkanalgruppen strömende und durch die entsprechenden Einlass- und Auslassöffnimgen ein- bzw. ausströmende Fluidum aufteilen.
Diese Finger sind kamm- förmig ausgebildet und zum einen Teil (102) wie die Leitbleche 70, an der äussern Gehäuse wand 38 und zum andern Teil (104) wie die Leitbleche 66 an der innern Gehäusewand 32 befestigt. Es ist zu bemerken, dass die Füh rungsfinger 102 und 104 beim vorliegenden Beispiel -von den Gehäusewänden 3'2 imd 38 des Stators radialen Abstand besitzen müssen, da das Fluidum über die Oberseiten dieser Finger hinwegströmen muss auf seinem Weg zwischen den verschiedenen Öffnungen der Querkanäle.
Aus Gründen der Übersichtlich keit ist Fig. 3 nur rein schematisch gehalten; die Führungsfinger wurden in Fig. 4 aus den gleichen Gründen weggelassen.
In gewissen Fällen kann es auch vorteil haft sein, die Einlassöffnungen in T-Tinfangs- riehtung grösser zu machen als die Auslass öffnungen, anstatt gleich grosse Einlass- und Auslassöffnungen vorzusehen wie beim ge zeichneten Beispiel.
Aus dem Vorangehenden ist ferner ersicht lich, dass der Rotor bei seiner Drehung zu gleich ein Fördereffekt erzeugt. Wird der Wärmeaustauscher beispielsweise als Luftvor- wärmer benutzt, so kann ohne weitere Hilfs mittel die Strömung der Verbrennungsluft sowie auch diejenige der als Heizmedium dienenden Verbrennungsgase erzielt werden. Somit können separate Saug- und Druck gebläse fortgelassen werden oder die zu ihrem Antrieb erforderliche Leistung kann reduziert werden, indem der Rotor für beide Fluid- ströme die Förderung unterstützt.
In beiden vorangehend beschriebenen Aus führungsbeispielen ist der Stator so ausgebil det, dass die Fluida im allgemeinen axial von einem Ende des Rotors zum andern strömen. Diese axiale Strömung kann aber auch variiert werden, wie die Fig. 8-10 zeigen. In diesen Figuren ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt, bei welchem für die zu erwär mende Luft ein anderer Strömungsweg vor gesehen ist. Bei diesem Beispiel ist der Stator und der Rotor analog dem Beispiel gemäss Fig.1 ausgebildet und entsprechende Teile sind auch mit entsprechenden Bezugszeichen versehen.
Die Leitbleche, welche mit Fingern versehen sind, die in die Ringkanäle ragen, erstrecken sich bei dieser Ausführung nicht. vom einen Rotorende zum andern, sondern sind in Umfangsrichtung versetzt zueinander angeordnet, wie dies bei 70a, 70b, 70e, 70d, und 70e, in Fig. 8 gezeigt ist. Jedes dieser ver setzten Leitbleche erstreckt sich axial gleich weit wie eine Gruppe von Ringkanälen, deren Anzahl beliebig gewählt werden kann.
Eine Anzahl von Sätzen von Deckelorganen 1.06 bzw. 108, deren Boden aus den Deckbändern 7-I bzw. 88 bestehen, sind nahe den freien Enden der Rippen 22 und 26 verlaufend an geordnet. Die Trennwände<B>110</B> und 112 dieser Deckelorgane begrenzen in Umfangsrichtung die Einlass- und Auslassöffnungen,welche mit den Gruppen von Ringkanälen in Verbindung stehen, während die 'Seitenwände 114 und 116 die axiale Ausdehnung der genannten Öffniui- gen bestimmen.
Da die aufeinanderfolgenden Serien von Deekelorganen in Umfangsrieh- tung versetzt zueinander angeordnet sind, stehen die Auslassöffnungen mit einer Gruppe von Ringkanälen in Verbindung, die axial mil den Einlassöffnungen der nächstfolgenden Gruppe von Ringkanälen verbunden sind, und zwar mittels axial verlaufenden Querkanälen 118, wovon jeder durch zwei Leitbleche, zwei Seitenwände zweier in Strömungsriehtung aufeinanderfolgender Deckelorgane und die innere oder die äussere Gehäusewand 32 bzw.
38 des Stators begrenzt ist.
In Fig.8 ist die Art der Strömung des Fluidums durch den Pfeil 120 angedeutet, woraus ersichtlich ist, dass dieses fortlaufend durch die in Umfangsrichtung zueinander versetzten axialen Gruppen von Ringkanälen strömt, wobei der allgemeine Strömungsweg schraubenlinienförmig rund um die Rotor trommel verläuft und nicht, axial wie beim Beispiel gemäss Fig.1.
Beim vorliegenden V,#'ärmeaustauscher sind zusätzliche Führungsfinger 102 und 101 vor gesehen, und es ist zu bemerken, dass bei der gezeichneten Konstruktion diese Finger durch die Gehäuseteile 38 bzw. 32 getragen werden, da die Strömung durch die Querkanäle längs dieser Führungsfinger erfolgt und nicht über ihre Oberseiten hinweg, wie bei den voran gehend beschriebenen Beispielen.
Beim Ausfiihrungsbeispiel gemäss Fig.8 strömen die Fluida in den Ringkanälen stets annähernd in Drehriehtung des Rotors; aus den vorangehend erläuterten Gründen kann es zweckmässig sein, in einer oder mehreren Gruppen von Ringkanälen eine entgegenge- setzt gerichtete Strömung zu erzeugen. Eine Ausführung, bei welcher dies der Fall ist, ist in Fig.11 dargestellt, wobei einzelne der Leit- bleche 70 und der Deckelorgane 106 so ver setzt angeordnet sind,
dass die Strömung dnr Fluida in entgegengesetzter Riehtung erfolgt, wie dies durch den Pfeil 122 angedeutet ist.
In den Fig.12 und 13 ist ein Wärmeaus- tauscher mit einem Rotor dargestellt, der eins andere Ausbildung aufweist als die Rotoren der vorangehend beschriebenen Beispiele.
Bei dieser Form des Wärmeaustauschers trägt die Rotorwelle 200 eine radiale Rotor- Z, 202, welche ihrerseits eine Mehrzahl von sowohl zur Rotoraehse als auch unter sich koaxialen zvlindrisehen Rippen 204 und 206 an ihren beiden Seiten trägt, wodurch eine Mehrzahl von Ringkanälen 208 bzw. 2'10 ge bildet ist.
Der mit 2'1'2 bezeichnete Stator des Wä rmeaustauschers besitzt ein äusseres zylin- drisches Gehäuse 214, wobei zwischen dem letzteren und der Scheibe 202 eine Dichtung \_'l6 vorgesehen ist. Ferner besitzt. der Stator Stirnwände 218 und 220.
Für den Eintritt des einen Fluidums, zum Beispiel zu erwärmender Luft, ist eine Einlassleitung 222. vor,-gesehen, welche mit dem Ringraum \_'2=1 in Verbindung steht, cler auf. einer Seite der Rotorscheibe 202 unmittelbar um die Rotorwelle angeordnet ist.
Ferner besitzt der Wärmeaustauscher eine Auslassleitung <B>226</B> und eine ringförmige Leitung 2228, welch. letztere sich rund um die Rotorwelle 200 neben dein freien Rand der Stirnwand 2.20 erst.reekt. Von der Einlass- leitung 2.23 erfolgt die Strömen- zur Auslass- leitung 226 über den Ringraum '212i1 und die ringförmige Leitung 228.
Die Stirnwand 220 trägt eine Mehrzahl von Gruppen von Leit- blechen 230, welche mit Fingern 232 versehen. sind, die in die Ringkanäle 208 ragen und diese annähernd vollständig absperren.
Die gleichen radialen Abstand von der Rotorachse aufweisenden Gruppen von Leitblechen sind in Umfangsrichtung bzgl. der aufeinanderfol- genden Gruppen von Leitblechen auf dem grösseren Radius versetzt angeordnet, wie dies deutlich in Fig.13 ersichtlich ist.
Zwischen benachbarten Leitblechen jeder -Gruppe sind Deckelorgane ?34 ebenfalls gruppenweise an- seoiIdnet, wobei aufeinanderfolgende Gruppen von Deckelorganen mit verschiedenem R.adial- abstand in Umfangsrielitung ebenfalls ver setzt. zueinander sind.
Diese Deckelorgane 231 sind gleich aus gebildet und besitzen eine ähnliche Funktion wie die Deckelorgane des Beispiels gemäss Fig. B. Sie besitzen Seitenwände, welche Ein lass- und Auslassöffnungen <B>2</B>36 und h38 begrenzen, welche mit den Gruppen von Ring- kanälen zwischen benachbarten Leitblechen der gleichen Gruppe in Verbindung stehen.
Wie weiter aus Fig.1,3 ersichtlich ist, ist die Anordnung der Deckelorgane am Umfang derart, dass jede Einlassöffnung, welche in eine Gruppe von Ringkanälen mündet, radial in Flucht mit jeder Auslassöffnung einer andern Gruppe von Ringkanälen liegt, um so radiale Querkanäle 240 zu bilden, durch welche Fluidum von der einen Gruppe von Ringkanälen zur in Umfangsrichtung versetz ten danebenliegenden Gruppe von Ringkanä len strömen kann.
Ein Vergleich der Fig. 13 und 8 zeigt, dass die Anordnung der Einzelteile bei beiden Aus führungen im Prinzip die gleiche ist. Der Unterschied der beiden Beispiele liegt darin, dass beim Bespiel gemäss Fig.13 einzelne Fluidteilströme radial zum Rotor in schrau- benlinienförmiger Bahn strömen, wie dies durch die Pfeile 2:12: angedeutet ist, während die Fluidteilströme beim Beispiel gemäss Fig. 8 auf schraubenlinienförmiger Bahn längs des Rotors strömen.
Beim vorliegenden Beispiel ist eine Einlass- leitung 2-14 für das andere Fluidum vorge sehen, das zum Beispiel Verbrennungsgas sein kann; diese Leitung mündet in einen ring förmigen Leitungsteil 246, in welchem das Ga; auf die radial äussersten Ringkanäle verteilt wird. Ferner ist. eine Auslassleitung 25-1 vor gesehen. Die Stirnwand 218 trägt Leitbleche 218, die mit Fingern 250 versehen sind, welche in Ringkanäle '210 ragen. Ferner sind Deckel organe 2!52 vorgesehen, welche ähnlich den Deckelorganen 234 ausgebildet sind.
Diese Leitbleche und Deckelorgane sind ähnlich an geordnet wie die entsprechenden Teile, die luftseitig liegen, und braueben deshalb hier nicht mehr im einzelnen beschrieben zu wer den. Der Unterschied der Teile auf den beiden Seiten der Rotorseheibe 202 liegt darin, dass auf einer Seite das eine Fluidum in allgemei ner Richtung radial nach aussen strömt, wäh rend auf der andern Seite das andere Fluidum in allgemeiner Richtung radial nach innen strömt.
Wie bei den vorangehend beschriebe nen Beispielen erfolgt auch hier der Wärme- austausch im Gegenstrom, indem zum Beispiel, wie beschrieben, das zu erwärmende Fluidum nach aussen, während das Heizfluidum, das sich abkühlt, nach einwärts strömt.
Es ist. leicht ersichtlich, dass beim soeben beschriebenen Beispiel die Leitbleche und Deckelorgane so angeordnet, sein können, dass die Fluidströmung in einzelnen Gruppen von Ringkanälen entgegengesetzt zur Drehrich tung des Rotors erfolgt. Die Einlass- und Aus lassöffnungen können verschieden gross ge wählt werden, obwohl sie aus Gründen der Übersichtlichkeit im beschriebenen Beispiel gleich gross bezeichnet sind; ebenso sind hier die zusätzlichen Führungsfinger aus den gleichen Gründen nicht eingezeichnet worden. Andere Einzelheiten der Konstruktion, wie sie bei den vorangehenden Beispielen beschrieben wurden, können natürlich auch beim vor liegenden Beispiel vorgesehen sein.
Bei allen vorangehend beschriebenen Bei spielen wird die Bewegung des rotierenden Rotors dazu benützt, die Strömung der Fluida zu erzeugen.
Die vorliegende Erfindung ist jedoch ebenfalls mit günstigen Resultaten in Fällen anwendbar, bei welchen zur Erreichung einer grösseren ausgetauschten Wärmemenge die Fluida durch mechanische Mittel, zum Bei spiel Gebläse, entgegen der Drehrichtung des Rotors bewegt werden. Für diese Betriebsart des Wärmeaustauschers sind, wie leicht er sichtlich, die bisher beschriebenen Ausfüh rungsbeispiele, ausgenommen die Varianten gemäss den Fig. 5, 7 und 11 ohne Änderung verwendbar.
Es ist in diesem Fall nur erfor derlich, dass ein geeignetes Gebläse oder eiri entsprechender Fluidförderer beliebiger Bau art für jedes Fluidum vorgesehen ist, um die erforderliche Fluidströmimg, entgegen der durch die Pfeile in den einzelnen Figuren an gezeigten Richtung zu erzeugen.
Auch die in den Fig. 5, 7 und 11 gezeigten Varianten können mit fremdbewegten, ent gegen der Drehrichtung des Rotors strömen den Fluida betrieben werden, jedoch in diesen Fällen ist die Strömungsumkehr, wie sie an gewissen Stellen bei diesen Ausführungen vor- gesehen ist, nicht von besonderem Nutzen und wirkt eher störend.
Während in den beschriebenen Beispielen Wärmeaustausch zwischen gasförmigen Fluida erfolgt, versteht es sich, dass auch Wärmeaus- tauscher gebaut werden können, bei welchen der Wärmeaustaiisch zwischen einem gas förmigen und einem flüssigen Fluidum oder <B>,</B> z- <B>,</B> vischen zwei flüssigen Fluida erfolgen kann.
Ferner versteht es sieh, dass das eine der beiden Fluida in bisher üblicher Weise mit dem Rotor in Berührung stehen kann, wobei der letztere glatte Flächen oder eine andere bisher zum Wärmeübergang verwendete Wärmeübergangsfläche aufweisen kann.