DE2014541C3 - Circulating fan heat exchanger with pump for the internal heat exchange fluid - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft umlaufende Wärmetauscher gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to circulating heat exchangers according to the preamble of claim 1.

Bei solchen Wärmetauschern wie sie z. B. durch FR-PS U 31 043 bekannt wurden sind die dom Wärmetausch dienenden Rohre, bzw. Rippenrohre, trommeiförmig parallel zu einer Mittelachse angeordnet und können um diese rotieren. Das gasförmige Wärmetauschfluid wird im Bereich der Vernppung durch Flieh- und Scherkräfte radial nach auOen gefördert Solche Wärmetauscher stellen damit in ihrer einfachsten Form eine Integration von Gebläse und Wärmetauscher dar; nach FR-PS 11 31 043 ist zusätzlich auch die Pumpe zum Fördern der die Wärmetauschrohre durchströmenden Flüssigkeit integriert.In such heat exchangers as z. B. by FR-PS U 31 043 were known are the dom Heat exchange tubes, or finned tubes, arranged in the shape of a drum parallel to a central axis and can rotate around them. The gaseous heat exchange fluid is in the area of the nipple promoted radially outward by centrifugal and shear forces the simplest form is an integration of fan and heat exchanger; according to FR-PS 11 31 043 is additional the pump for pumping the liquid flowing through the heat exchanger tubes is also integrated.

Der Vorzug dieser Wärmetauscher besteht einmal in dem geringen Raumbeda.f, verglichen mit stationären Wärmetauschern, zum anderen ist das Geräuschverhalten außerordentlich günstig, verglichen mit dem Gebläsegeräusch zwangsbelüfteter stationärer Wärmetauscher. The advantage of these heat exchangers is their low space requirement compared to stationary ones Heat exchangers, on the other hand, the noise behavior is extremely favorable compared to the Fan noise of forced-ventilated stationary heat exchanger.

Jedoch führt die träge Masse solcher umlaufender Wärmetauscher beim Anfahren wegen großer Beschleunigungskräfte zu einer großen Aniaufverzögerung wodurch in nachteiliger Weise normale Elektromotoren nicht verwendbar sind. Wegen der großen Anlaufdrehmomente und wegen der im Vergleich zu konventionellen Gebläsen sehr niedrigen Drehzahlen würden Regelgetriebe üblicher Bauart sehr aufwendig. Dazu kommt der Wunsch, die ausgetauschten Wärmemengen und damit die Temperaturen beider Medien optimal regeln zu können. Die Erfindung liegt daher, ausgehend von Wärmetauschern der durch FR-PS 11 31 043 bekannten Art. die Aufgabe zugrunde, die großen Anlaufdrehmomente der Wärmetauscher-Läufer zu vermeiden ohne hierfür aufwendige Regelgetriebe üblicher Bauart einzusetzen.However, the inert mass of such circulating heat exchangers leads to high acceleration forces when starting up to a large start-up delay which disadvantageously normal electric motors are not usable. Because of the large starting torques and because of the compared to With conventional blowers at very low speeds, variable speed gearboxes of the usual design would be very expensive. In addition, there is the desire to use the exchanged amounts of heat and thus to be able to optimally regulate the temperatures of both media. The invention is therefore starting from heat exchangers of the type known from FR-PS 11 31 043. The task is based on the to avoid large starting torques of the heat exchanger rotor without expensive control gear of the usual design.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angeführten Merkmale. Hierdurch wird der umlaufende Wärmetauscher zu einer Integration von Gebläse, Wärmetauscher und Strömungsgetriebe, dessen Füllung das flüssige Wärmetauschfluid bildet. Strömungsgetriebe sind im Gegensatz zu Getrieben mit mechanischem Kraftschluß, wie beispielsweise Zahnradgetriebe, unempfindlich gegen hche Beschleunigungsmomente beim Anlaufen der Arbeitsmaschine und lassen sich außerdem mit einfachen Mitteln stufenlos regeln. Damit kann in Ausgestaltung der Erfindung die thermische und die Drehzahl-Regelung durch Drosselung des Durchsatzes des Pumpenkreises oder durch Änderung des Eintrittsdralls erfolgen. Von besonderer Bedeutung ist die erfindungsgemäße Lösung auch bei sehr großen Wärmetauschern, die zur Abfuhr von Kondensationswärme in Klimaanlagen, auch in Verbindung mit Verdunstungskühlung im offenen Kreislauf, eingesetzt werden.The invention solves this problem by im characterizing part of claim 1 cited features. This creates the circulating heat exchanger to an integration of fan, heat exchanger and fluid transmission, the filling of which is the liquid Forms heat exchange fluid. In contrast to gears with mechanical frictional connection, fluid flow gears are such as gear drives, insensitive to high acceleration torques when starting of the working machine and can also be continuously regulated with simple means. This means that in Embodiment of the invention, the thermal and the speed control by throttling the throughput of the pump circuit or by changing the inlet swirl. Of particular importance is that Solution according to the invention even with very large heat exchangers that are used to remove heat of condensation in air conditioning systems, also in conjunction with Evaporative cooling in an open circuit can be used.

Es ist auch schon bekannt (US-PS 26 80 007) bei Gebläse-Wärmetauschern den Läuferantrieb in der Weise zu unterstützen, daß in der hohlen Radscheibe des Läufers eine Turbinenbeschaufelung vorgesehen ist, auf welche Strahlen des inneren Wärmetauschfluids aus nicht rotierenden Düsen gerichtet sind. Dies dient jedoch nur als Hilfsantrieb. Auch erfordert die Erzeugung des Drucks für das als Treibmittel dienende Wärmetauschfluid eine eigene Maschine, verbunden mit dem entsprechenden Aufwand.It is already known (US-PS 26 80 007) in fan heat exchangers the rotor drive in the Way to support that a turbine blading is provided in the hollow wheel disk of the rotor, which jets of internal heat exchange fluid from non-rotating nozzles are directed. This serves but only as an auxiliary drive. Also requires the generation of pressure for the propellant Heat exchange fluid its own machine, associated with the corresponding effort.

Die Erfindung soll anhand der Zeichnung beispielsweise erläutert werden:The invention is to be explained with reference to the drawing, for example:

F i g. 1 zeigt im Schnitt einen umlaufenden Wärmetauscher mit Strömungskupplung und Drallverstellung in einer Anordnung mit Wassereinspritzung als Verdunstungskühler.F i g. 1 shows in section a circulating heat exchanger with a flow coupling and swirl adjustment in an arrangement with water injection as an evaporative cooler.

F i g. 2 zeigt im Schnitt den Bereich um die Drehachse eines umlaufenden Wärmetauschers mit Strömungsgetriebe und DrallverstellungF i g. 2 shows, in section, the area around the axis of rotation of a rotating heat exchanger with fluid transmission and twist adjustment

Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch den Flüssigkeitseintritts- und -austritiskanal lanes der Urne lll-lll m F i g. 2. 3 shows a section through the liquid inlet and outlet channel lanes of the urn III-III m FIG. 2.

F i g. 4 zeigt schematisch einen Sennit! durch die hohl ausgebildete Radscheibe mit Warn ■•i.u.sciirohren und StrömungsgetriebeF i g. 4 shows a schematic of a sennit! through the hollow trained wheel disc with warning ■ • i.u.sciirohren and Fluid transmission

Fig. 5 zeigt einen Schnitt durch einen Β-.,.μ-.π der Radscheibe längs der Linie V-V in F ι g. 4.Fig. 5 shows a section through a Β -.,. Μ-.π the Wheel disk along the line V-V in FIG. 4th

F i g. 1 zeigt ein Gerät, das aligeme.n als V>. .lrmetauscher mit Luft als äußeres Fluid oder insbesondere ais Verdunstungskühler verwendbar ist. Die Radscheibe des Läufers 8 wird aus drei Scheiber., der der Saugseiie der Luft zugewandten innenscheibe I. der AuiJenscheibe 2 und einer Ein- and Ausströmseite der Flüssigkeit trennenden Zwischenscheibe 3 gebildet. Die feststehende Abdeckwand 4 dient ais Gehäuse des Wärmetauschers. Mit der Innenscheibe I ist die innere Ronrgruppe 5 verbunden, sie kommuniziert mi: dem Ringraum zwischen der Innenseite 1 und der Zwischenscheibe 3. Mit der Zwischenscheibe 3 ist die äußere Rohrgruppe b ••erbunden. sie kommuniziert mit dem Ringr.mm /wischer, den Scheiben 2 und 3. Am äußerer Ende stehen alle Rohre durch den Umkehrraum 7 miteinander in Verbindung. Der Läufer 8 weist einen ccv Lagerung dienender. Rohrstutzen 9 auf. Das feststehen de Zwischenrohr 10 ist mit dem E,:;;nttsrohr Ii verbunden, während der Ringspalt /wischer. Rohr-! ::■ zen 9 und Zwischenrohr 10 in das Austrittsrohr 12 mündet. Ein Antriebsmotor 13 treibt über eine Antriebswelle 14 einen Pumpenläufer 15 an. tier nut dem Ringraum zwischen den Scheiben 2 und 3 kommunizier: und das flüssige Wärmetauschfiuid zur äußeren Rohrgruppe 6 fördert. Das flüssige Wärmetauschfluid durchströmt dann den Umkehrraum 7. tr'it ci.üvk du Rohre der inneren Rohrgruppe 5 und ström: danach in den Ringraum, der von den Scheibe: 1 und 3 eingeschlossen wird und daraufhin zum Austrittsrohr 12. An der Zwischenscheibe 3 oder auch an den Scheiben 1 oder 2 sind Turbinen-Schaufeln angeordnet D-e Vorrichtung wirkt damit als Strömungskupplung.F i g. 1 shows a device that aligeme.n as V>. .Ir exchanger with air as the external fluid or in particular as an evaporative cooler can be used. The wheel disk of the rotor 8 is formed from three disks, the inner disk 1 of the outer disk 2 facing the suction line of the air and an intermediate disk 3 separating the inflow and outflow side of the liquid. The fixed cover wall 4 serves as the housing of the heat exchanger. The inner group of tubes 5 is connected to the inner disk I, it communicates with the annular space between the inner side 1 and the intermediate disk 3. The outer tube group b •• is connected to the intermediate disk 3. it communicates with the ring / wiper, the discs 2 and 3. At the outer end, all the pipes are connected to one another through the reversing space 7. The rotor 8 has a ccv bearing serving. Pipe socket 9 on. The fixed de intermediate pipe 10 is connected to the E,: ;; nttsrohr Ii, while the annular gap / wiper. Pipe-! :: ■ zen 9 and intermediate pipe 10 opens into the outlet pipe 12. A drive motor 13 drives a pump rotor 15 via a drive shaft 14. tier only communicates in the annular space between the disks 2 and 3: and the liquid heat exchange fluid to the outer tube group 6 promotes. The liquid heat exchange fluid then flows through the reversing space 7. tr'it ci.üvk du tubes of the inner tube group 5 and then flows into the annular space enclosed by the disks: 1 and 3 and then to the outlet tube 12. At the intermediate disk 3 or Turbine blades are also arranged on the disks 1 or 2. The device thus acts as a flow coupling.

Die Pfeile 16, 17 und 18 geben die Strömungsrichtung des gasförmigen Wärmetauschfluids an.The arrows 16, 17 and 18 indicate the direction of flow of the gaseous heat exchange fluid.

Fig. 2 zeigt eine andere Ausführungsform, bei der der Motor 20 über die Antriebswelle 21 den Pumpenläufer 22 antreibt. Auch hier ist die Radscheibe in zwei Ringräume, 23 und 24, unterteilt. Im Eintritts-Ringraum 23 ist eine Turbinenbeschaufelung so angeordnet, daß der Eintritt dei flussigen Wärmetauschfluids in die äußere Rohrgruppe stoßfrei erfolgt. Im Austritts-Ringraum 24 durchströmt die Flüssigkeit eine /weite Turbinenbeschaufelung und d^nn das feststehende Leitrad 25. im Gegensat/, zur anhand von F ι g 1 beschriebenen Ausführungsform handelt es sich hier also um einen Drehmomentwandler, der aus einem untersetzenden Strömungsgetriebe besteht. Im Ansaugbereich befindet sich eine verschwenkbare Leitschaufel 26. die durch einen Servomotor 27 betätigt werde:; kann. Die Regelung erfolgt bei dieser Ausfuhrungsform durch Veränderung des Vordralls der in den Pumpenlaufer 22 eintretenden Flüssigkeit.Fig. 2 shows another embodiment in which the motor 20 drives the pump rotor 22 via the drive shaft 21. Here, too, is the wheel disc divided into two annular spaces, 23 and 24. In the entry annulus 23 is a turbine blading arranged that the entry of the liquid heat exchange fluids in the outer tube group takes place seamlessly. The liquid flows through the outlet annular space 24 a / wide turbine blading and th ^ nn that fixed idler 25. in contrast /, based on F ι g 1 described embodiment, this is a torque converter that consists of a reducing fluid transmission consists. There is a pivotable guide vane in the suction area 26. which are operated by a servomotor 27 :; can. The regulation takes place in this embodiment by changing the pre-swirl of the liquid entering the pump impeller 22.

F i g. 3 zeigt einen Schnitt längs der Schninlime Hl-IlI. in dem die \ erschwenkbare Leitschaufel 26 erkennbar ist.F i g. 3 shows a section along the Schninlime St. IlI. in which the pivotable guide vane 26 is recognizable.

F i g. 4 zeigt schematisch einen Schnitt durch die Radscheibe 40 des umlaufenden Wärmetauschers mit den Ringräumen 23 und 24 der inneren Rohrgruppe 5 i;r:J dcv äußeren Rohrgr... pe 6. Die Elemente des Stromungsgetriebes ^nJ aer Pumpenläufer 22. die T^rbinenbesch.aufelungen 41 und 42. sowie das zur Drehmomeniwandiung erforderliche feststehende Leitidd 2.5.F i g. 4 schematically shows a section through the wheel disk 40 of the rotating heat exchanger with the annular spaces 23 and 24 of the inner tube group 5 i; r: J dcv outer tube group 6. The elements of the flow transmission ^ nJ of the pump rotor 22 .aufelungen 41 and 42. as well as the fixed Leitidd 2.5 required for torque conversion.

F 1 g. 5 ist ein Schnitt längs der Linie \ -V m F 1 _t ^T. 4. so daß die rückwärtsgekrümmte Beschauleiui:;. 52 de Pumpenläufers 22 und die wegen der Bedingung möglichst geringer Reibungsverluste im Ringraum 2.3 und möglichst geringer .Stoßverluste beim Eintritt des flüssigen Wärmetauschfluids in die Wärmetauschrohre der äußeren Ringgruppe 6 nahezu radial verlaufende Turbinenbeschaufelung 41 geschnitten erscheint. Die Rohe der äußeren Ringgruppe 6 bilden die Schaufelkanäle 53 zur Förderung des gasförmigen Wärmetauschfluids. denen die nicht da:gestellten Schaufelkanäle im Bei eich der inneren Rohrgruppe 5 vorgeschaltet sind. Die Bedingung minimaler Reibung im Ringraum 24 und günstiger Anströmung der Leitradbeschaufeiung 25 liefert die gestrichelt dargestellte rückwärtsgekrümmte Turbinenbeschaufelung 42 mit nahezu radialem Eintritt am äußeren Umfang. Zum Abbau des Dralls endet die ebenfalls gestrichelt dargestellte Leitradbeschaufelung bis auf die erforderliche Winkelübertreibung radial in Abströmrichtung.F 1 g. 5 is a section along the line \ -V m F 1 _t ^T. 4. so that the contemplation curved backwards:;. 52 de pump rotor 22 and due to the condition of the lowest possible friction losses in the annular space 2.3 and the lowest possible shock losses when the liquid heat exchange fluid enters the heat exchange tubes of the outer ring group 6, turbine blades 41 that run almost radially appear cut. The pipes of the outer ring group 6 form the blade channels 53 for conveying the gaseous heat exchange fluid. which are not there: provided vane channels in the case of the inner tube group 5 upstream. The condition of minimal friction in the annular space 24 and a favorable flow against the stator blading 25 is provided by the backward curved turbine blading 42, shown in dashed lines, with an almost radial entry at the outer circumference. To reduce the swirl, the stator blading, also shown in dashed lines, ends radially in the outflow direction, except for the required angular exaggeration.

Hierzu 3 Blatt ZeichnungenFor this purpose 3 sheets of drawings

Claims (7)

Palentansprüche:Palent claims: !. Motorisch angetriebener umlaufender Wärmetauscher zum Wärmetausch zwischen zwei pumpba · ren Wärmetauschfluiden, bei dem vom inneren Wärmetauschfluid durchströmte Wärmetauschkanäle nahe der Peripherie des Wärmetauscher-Läufers angeordnet sind und das äußere Wärmetauschfluid mit radial nach außen gerichteter Geschwindigkeitskomponente beschleunigen, wobei die Wärmetauschkanäle über eine hohl ausgebildete Radscheibe des Läufers mit dessen Nabenbereich und dort nahe der Antriebswelle und über die nötigen Dichtungselemente mit einem Eintritts- und einem Austrittsrohr in Verbindung stehen, eine koaxial angeordnete Kreiselpumpe Tür das inner- Wärmetauschfluid vorhanden ist und die hohle Radscheibe, die in nach außen und nach innen führende ftingräume unierteilt ist. eine Beschaufelung für das innere Wärmetauschfluid aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsmotor (13, 20) Vom Wärmetauscher-Läufer (8) mechanisch getrennt bleibt und mit dem Pumpenläufer (15) der Kreiselpumpe gekuppelt ist. welcher derart an- ^s geordnet ist. daß er mit der als Turbinenbeschaufelung (41, 42) ausgebildeten Beschaufelung in der Radscheibe (40) drallmäßig zusammenwirkt.! Motor-driven circulating heat exchanger for heat exchange between two pumpable heat exchange fluids, in the case of the inner Heat exchange fluid flowed through heat exchange channels near the periphery of the heat exchanger rotor are arranged and the outer heat exchange fluid with radially outwardly directed velocity component accelerate, the heat exchange channels via a hollow wheel disc of the rotor with its hub area and there near the drive shaft and over the necessary Sealing elements with an inlet and an outlet pipe are in communication, one coaxially arranged centrifugal pump door the internal heat exchange fluid is present and the hollow wheel disc, which is divided into spaces leading outwards and inwards. a blading for that having internal heat exchange fluid, characterized in that that the drive motor (13, 20) is mechanically separated from the heat exchanger rotor (8) remains and is coupled to the pump rotor (15) of the centrifugal pump. which such an- ^ s is ordered. that he was using the turbine blades (41, 42) formed blading in the wheel disk (40) cooperates in a twisted manner. 2. Wärmetauscher nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Radscheibe (40) aus drei Scheiben (1, 2, 3) besteht, die zwei Ringräume (23, 24) zwischen sich einschließen, wobei die Turbinenbeschaufelung im Ringraum (23) mit auswärts gerichteter Strömung angeordnet ist und annähernd radial ausläuft.2. Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the wheel disc (40) consists of three Discs (1, 2, 3), the two annular spaces (23, 24) enclose between them, the turbine blades in the annular space (23) with outward directed flow is arranged and expires approximately radially. 3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß die nach innen durchströmten Kanäle im Austritts-Ringraum (24) durch Schaufeln begrenzt sind, die na:h außen hin radial auslaufen und nach innen entgegen der Drehrichtung gekrümmt verlaufen (Fig. 5).3. Heat exchanger according to claim 1 or 2, characterized in that the inward flow-through channels in the outlet annulus (24) are limited by blades, which run out radially to the outside na: h and to the inside against the The direction of rotation is curved (Fig. 5). 4. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb eines durch die hohle Radscheibe (40) gebildeten Ringraumes ein feststehendes Leitrad (25) angeordnet ist.4. Heat exchanger according to claim 1 or 2, characterized in that within a through the hollow wheel disc (40) formed annular space a stationary stator (25) is arranged. 5. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Radscheibe (40) mit einem Rohrstutzen (9) verbunden ist, der zugleich als Welle einer Lagerung des Wärmetauscher-Läufers dient.5. Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the wheel disc (40) with a Pipe socket (9) is connected, which also serves as a shaft of a bearing of the heat exchanger rotor. 6. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Änderung der Drehzahl des Wärmetauscher-Läufers durch Drosselung des Pumpenkreises erfolgt.6. Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the change in the speed of the Heat exchanger rotor takes place by throttling the pump circuit. 7. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Änderung der Drehzahl des Wärmetauscher-Läufers durch eine Änderung des Vordralls erfolgt.7. Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the change in the speed of the Heat exchanger rotor takes place by changing the pre-swirl.