DE2166363A1

DE2166363A1 - Rotierender waermetauscherventilator mit rippen

Info

Publication number: DE2166363A1
Application number: DE2166363*A
Authority: DE
Inventors: Nikolaus Laing
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1970-06-15
Filing date: 1971-05-21
Publication date: 1973-12-06
Also published as: GB1366655A; GB1366653A; JPS4939097B1; DE2166363B2; DE2166367A1; GB1366658A; GB1366660A; GB1366659A; GB1366654A; GB1366652A; DE2125390A1; DE2166366A1; US3996477A; DE2166365A1; DE2166364A1; GB1366656A; DE2166363C3; DE2125390B2; DE2166362A1; FR2095276B1

Description

Aldingen bei Stuttgart Rotierender Wärmetauscherventilator mit Rippen

Die Erfindung betrifft einen umlaufenden Wärmetauscherveritilator mit parallel zur Drehachse verlaufenden hohlen
Rohren, die in dem Kreislauf eines ersten Wärmeträgers
angeordnet sind und annähernd senkrecht zu diesen Rohren
verlaufende Rippen, durch die ein außerhalb der Rohre
strömender gasförmiger zweiter Wärmeträger gefördert win·, der durch die Rohrwandungen mit dem inneren ersten Wärmeträger im Wärmetausch steht.

Der Verdampfer und der Kondensator sind in bekannter Weise als Ventilatoren ausgebildet, und besitzen ringförmige, zueinander parallele Wärmetauscherflächen. Bei Verwendung sehr geringer Abstände zwischen den ringförmigen Wärmetauscherflächen lassen sich extrem geräuscharme Ventilatoren verwirklichen. Bei bekannten als Ventilator ausgebildeten Wärr metauschern nimmt die Ansauggeschwindigkeit im Ansaugluftstrom mit wachsender Entfernung von der Drehachse zu. Dies führt zu Reibungseffekten zwischen aneinandergrenzenden
Luftschichten, wodurch der Wirkungsgrad des Wärmetauschers verringert wird. Erfindungsgemäß wird dieser Nachteil stark reduziert, indem der Durchmesser der Rippen des Kondensator-Wärmetauschers mit wachsender Entfernung von der Drehachse abnimmt. Um den herstellungstechnisch bedingten Aufwand

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klein zu halten, wird eine diskontinuierliche Abnahme des Rippen-Durchmessers gewählt, so daß mehrere Gruppen von Rippen mit verschiedenen Rippen-Durchmessern entstehen. Eine annähernd konstante Ansauggeschwindigkeit erhält man, wenn die Längen nebeneinander liegender Gruppen von Rippen gleichen Durchmessers sich wie die Quadrate der Durchmesser-Unterschiede benachbarter Gruppen verhalten.

Die Erfindung wird anhand der Figuren erläutert.

fc Figur 1 zeigt ein Triebwerk mit einem Wärmetauscher nach der Erfindung in einem Schnitt parallel zur Achse, wobei die Wärmeenergie einem Brenner entnommen wird.

Figur 2 zeigt ein entsprechendes Triebwerk gemäß Figur 1, wobei die Wärmeenergie einem Latentspeicher entnommen wird.

Figur 1 zeigt ein Triebwerk mit erfindungsgemäßen Wärmetauschern in einem Schnitt parallel zur Achse. Der Wärmeträger wird in Rohren 121 des Verdampfer-Wärmetauschers verdampft, gelangt in die Verdrängermaschine 2 und nach der Entspannung in Rohre 31 des ringförmigen Kondensator-Wärmetauschers 3. Die Elemente 1, 2 und 3 werden durch ™ ein umlaufendes Gehäuse 4 getragen, welches mit einer hohlen Welle 41 eine Einheit bildet, die· im stationären Gehäuse 6 über die Lager 61 und.62 gelagert ist. Die Baugruppe, bestehend aus: Verdampfer-WHrmetauscher 1, Verdrängermaschine 2, Kondensator-W/irmetauscher 3, umlaufendem Geh.'hmo 4, liohl.o WpIIo 41, int nln rotierende Kinhoit aunqobtiiiot. find I im n I nl I onMi tui doli'lnm* d <|o I m|r>rl . linn in mIiium jfimil: (l»ir Vnrdt Μιιμ"Π"'ιπρΙι I im» '/ wlnl durch η I ho MmmhcIkupplhhh 8 iujfl ill« Wollt» Hl auf '(IiWl ('nlrluh« 7 Ulmrl:rnfj*«it, IHn V/M ι mm« quollo 9 vorsorgt don Vordninpfnr-WMnnoüminchar .1. ml t: V/M rinn und bontcht aun ciinom fJlbrnnnorköpi; 91, otncr 1,ηϊΑ:τ'*ηηΙ-Qinrichtung 92, oinom" Lntontnpöichoirkörpor 93, oinriti

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-3'i -einem Ringventil 94 und einer Isolation 95 und 96.

Di^e Magnetkupplung 8 besteht aus einem ersten magnetischen Polring . 82 mit zum Luftspalt konvexer Oberfläche, der auf der Welle 21 der Verdrängermaschine 2 angeordnet ist, einer magnetisch durchlässigen kreisrinnenförmigen Trennwand 83 und einem konvexen permanentmagnetischen Polring 84, der auf der Welle 81 befestigt ist. Zum Verbrennungsraum 11 ist das umlaufende Gehäuse 4 mit einer Isolierschicht 42 und einem Stx-ablungsreflektor 43 ausgebildet. Das Innere des umlaufenden Gehäuses 4, dessen Wandbereich 44 durch die magnetisch durchlässige Trennwand 83 mit dem übrigen Gehäuse verbunden ist, kommuniziert mit den axial verlaufenden, einseitig geschlossenen Rohren 121 und 31 und ist nach aus sen hin hermetisch abgedichtet. Die Wärmetauscher 1 und 3 weisen annähernd radial verlaufende Rippen 13 und 32 auf, zwischen denen die Gase durch Reibung nach aussen geschleudert werden, so dass die Wärmetauscher 1 und 3 gleichzeitig als Ventilatoren dienen. Die Wärmeenergie wird wahlweise vom Ölbrenner 911/92 oder vom Sekundär Speicherkörper 93 zur Verfügung gestellt. Der Stator 63 eines Anlasselektromotors versetzt den Rotor 411 und damit das umlaufende Gehäuse 4 in Rotation. Die Wärmetauscher 1 und fördern Luft, die das Triebwerk durch den ovalen Ringspalt 64 verlässt. Die vom' Verdampfer-Wärmetauscher 1 angesaugte Luft mischt sich im Ölbrennerkopf 91 mit dem Kraftstoffnebel der Düse 911.. Das Gemisch wird einmalig durch eine nicht gezeigte Zündkerze gezündet, die Luftmenge durch die Luftregeleinrichtung 92 vorgegeben, die lieissen Verbrennungsgase durchsetzen den Verdampfer-Wärmetauscher 1 und strömen danach durch das Ringventil 94 entsprechend dem Pfeil ill. In den Rohren 121 befindet sich Wärmeträger in flüssiger Form, der verdampft und in beschriebener Weise der Verdrängermaschine 2 zugeleitet wird. In den Rohren 31 erfolgt die Kondensation des bei der Expansion abgekühlten Wärmeträgergases, wodurch die gemäss Pfeil

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angesaugte Luft erwärmt wird und gemäss Pfeil 351 den Wärmetauscher verlässt. Der Kondensator-Wärmetau scher 3 ist aus zum umlaufenden Gehäuse hin breiter werdenden Rippen 32 aufgebaut. Die Vergrösserung erfolgt in der Weise, dass die Geschwindigkeitsverteilung im Ansaugluftstrom gemäss den Pfeilen 35 annähernd konstant ist. Der Abstand der Rippen 32 voneinander ist umso grosser, je grosser die radiale Erstreckung der Rippen ist.

Im Ringraum 45 sammelt sich das Kondensat des Wärmeträgers und - wird durch eine nicht gezeigte Pumpe wieder in die Rohre 12 hinein -

geleitet. Das Drehmoment der Verdrängermaschine 2 wird über die Polringe 82 und 84 aus permanent- oder Elektromagneten auf das Getriebe 7 übertragen. Das Drehmoment der Verdrängermaschine 2 bewirkt gleichzeitig den Antrieb des umlaufenden Gehäuses 4 in entgegengesetzter Richtung, so dass bei Erreichung einer vorgegebenen Mindestdrehzahl der elektrische Anlasserstator 63 ausgeschaltet werden kann. Mit zunehmendem Drehmoment erhöht sich der Leistungsbedarf des Dampf kreislaufe s. Da dad umlaufende Gehäuse 4 durch das Reaktionsdrehmoment der Verdrängermaschine 2 angefc trieben wird, erfolgt in erster Näherung eine automatische Anpassung

von ßrennluftmenge und Kondensatorluftmenge an die Erfordernisse des Dampf kreislauf es in Abhängigkeit vom über die Welle 81 abgegebenen Drehmoment. Bei Leerlaufbetrieb wird die Welle 81 blockiert. Die gesamte von der Verdrängermaschine 2 abgegebene Leistung wird dann zum Antrieb der Wärmetauscher 1 und 3 verbraucht. Die Leistung der Maschine wird so bemessen, wie sie zur Erreichung der vorgegebenen Fahrzeughöchstgeschwindigkeit erforderlich ist. Innerhalb dec Wärmetauschers 1 sind eine Vielzahl von Sekundärspeichergefässen 15 angeordnet, die mit einer Latentspeicher masse gefüllt sind, deren Schmelztemperatur oberhalb der Maximaltemperätur des Wärmeträgers und unterhalb der Schmelztemperatur der

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Speichermasse der Latentspeicherkörper 93 liegt. Diese Skundärspeichergefässe 15 haben eine grosse, nach innen .weisende, wärrae-• abgebende Oberfläche. Wird vorübergehend eine sehr hohe Leistung vom Triebwerk gefordert, so wird durch ein nicht gezeigtes Verteilungssystem Wärmeträgerkondensat in die Sekundärspeichergefässe eingespeist, wodurch vorübergehend ein Mehrfaches an Dampfmenge bei höherem Druck für die Verdrängermaschine 2 bereitgestellt wird. Die Anordnung der Sekundärspeicherge fasse 15 erfolgt zwischen den Rohren 12 und 121 an eine Stelle, an der eine ausreichende Aufheizung gewährleistet ist, ohne dass jedoch · ' für die Speichermasse und Behälterwerkstoffe zu hohe Temperaturen erzielt werden.

Auch im Kondensator-Wärmetauscher 3 können durch gestrichelte Linien angedeutete Behälter 36 in Form dünner. Rohre vorgesehen sein, die mit schmelzbarer Speichermasse, vorzugsweise einem Metallsalz-Hydrat (z.B. Trinatriumphosphatdodekahydrat oder Bariumhydroxid oktahydrat) gefüllt sind. Die während eines Überholvorganges anfallende zusätzliche Kondensationswärme wird teilweise durch höhere Luftaufheizung abgeführt, teilweise durch Aufschrnelzung der Speichermasse in den Rohren 36 und Aufheizung des vorzugsweise aus Aluminium bestehenden Kondensator-Wärmetauschers 3 vorübergehend gespeichert. Die Energie der Sekundärspeicher 15 wird vorzugsweise so bemessen, dass während der zu einem Überholvorgang notwendigen Zeitdauer ein Mehrfaches der Dauerleistung zur Fahrzeugbeschleunigung bereitsteht. Die Sekundär speicher 15 und 36 dienen auch als Energiequelle und -senke bei plötzlicher Wiederbeschleunigung, z. B. nach einer Talfahrt, bei der die Drehzahl des umlaufenden Systems 1, 2, 3 und 4 entsprechend dem geringen geforderten Drehmoment während der Talfahrt stark abgefallen ist. Das dem Getriebe 7 zugeführte Drehmoment wird über Planetengetriebe dem Tellerrad 71 zugeleitet, welches mit dem Zahnrad 72 fest verbunden ist, dieses treibt das Zahnrad 73 an, welches mit den Hadern des Fahrzeuges über die Welle 74 verbunden ist. ·■ .308849/0602 . . ·

NACHGEREICHT

Figur 2 zeigt das Triebwerk gemäss Figur 1, jedoch wird durch Verstellung von Ventilen 94, 91 die Wärmeenergie nicht durch den Brenner 91, 92, sondern durch den Latentspeicherkörper 93 bereitgestellt. Das Ringventil 94 ist geschlossen, dafür sind die Ventildurchbrüche 931 geöffnet. Der Ölbrennerkopf 91 ist axial verschoben. Die Latentspeicher-. körper 93 bestehen aus Ringen oder Spiralen aus dünnem, wärmebeständigem Metall und sind mit ionogenen, salzähnlichen Verbindungen, die oberhalb der zur Aufheizung des Verdampfer-Wärmetauschers 1 vorgesehenen Gastemperatur schmelzen, gefüllt. In Rillen 932 sind elektrische, isolierte Widerstandsleiter befestigt, durch die die Speichermasse mittels elektrischer Energie geschmolzen werden kann. Hierzu wird ein nicht gezeigtes Verbindungskabel mit der Energieversorgung verbunden. Die Inbetriebnahme erfolgt auch bei Speicherbetrieb in der beschriebenen Weise, jedoch wird kein Kraftstoff eingespritzt und die Luftregeleinrichtung 92 geschlossen. Die im Verbrennungsraum 11 und im Isoliergehäuse 95, 96 befindliche Luft wird durch den Wärmetauscher 1 umgewälzt und entsprechend den Pfeilen beim Durchströmen der zum benachbarten Latentspeicherkörper 93 gebildeten Kanäle 934 erwärmt, entsprechend den Pfeilen 935 in den Verbrennungsraum 11 und dann wieder in den Wärmetauscher 1 geleitet. Im Wärmetauscher 1 wird die umgewälzte Luft, die annähernd auf die Schmelztemperatur der Speichermasse erwärmt wurde, abgekühlt, die Wärme zur Verdampfung des Wärmeträgers den Rohren 12 zugeführt. Durch den Latentspeicherkörper 93 ist ein Betriebdes Fahrzeuges ohne jegliche Abgasbildung möglich, die insbesondere für Innenstadtgebiete, aber auch für Fahrten durch Tunnel und in Parkhäusern von Bedeutung ist. Ausserhalb dieser besonders gefährdeten Gebiete wird der Ölbrennerkopf 91 in seine alte Lage gerückt, die Luftregeleinrichtung 92 geöffnet und das Ringventil 931 geschlossen und das Ringventil 94 geöffnet. Nunmehr erfolgt die Energiezufuhr durch die heissen Brenngase.

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Wie in den Figuren dargestellt, nimmt die radiale Erstreckung der Rippen 32 des Wärmetauschers 3 stufenv/' zu dem geschlossenen Ende desselben ab.

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Claims

f NACHQEREtGHTl Patentansprüche

1. Umlaufender Wärmetauscherventilator mit parallel zur Drehachse verlaufenden hohlen Rohren, die in dem Kreislauf eines ersten Wärmeträgers angeordnet sind und annähernd senkrecht zu diesen Rohren verlaufende Rippen, durch die ein außerhalb der Rohre strömender gasförmiger zweiter Wärmeträger gefördert wird, der durch die Rohrwandungen mit dem inneren ersten Wärmeträger im Wärmetausch steht, dadurch gekennzeichnet, daß der Läufer als Radialläufer ausgebildet ist und die radiale Erstreckung der Rippen von der Einströmseite des Läufers zu dessen geschlossenem Ende zunimmt.

2. Umlaufender Gebläse-Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Rippen voneinander mit zunehmendem Abstand vom Gehäuse (4) kleiner wird.

3. Umlaufender Gebläse-Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Länge nebeneinander liegender Gruppen von Rippen (32) gleichen Durchmessers wie die Quadrate der Durchmesser-Unterschiede benachbarter Gruppen verhalten.

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