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Verfahren und Vorrichtung zur selbsttätigen Reinigung des Speicherkörpers
eines Regenerativ-Wärmetauschers Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur selbsttätigen Reinigung des Speicherkörpers eines Regenerativ-Wärmetauschers,
der im wesentlichen aus mehreren Kammern oder Zellen besteht, welche wechselweise
vom heißen Medium, beispielsweise von den Abgasen einer Gasturbine, und vom aufzuheizenden
Medium, beispielsweise von der Verbrennungsluft einer Gasturbine, durchströmt werden,
wobei die beiden Medien einen relativ hohen Druckunterschied aufweisen und der beim
Übergang einer Zelle von der Hochdruckseite auf die Niederdruckseite oder beim Umschalten
einer Zelle vom Hochdruckmedium auf das Niederdruckmedium durch die Expansion des
in der Zelle vom Hochdruckraum abgeschlossenen Mediums, beispielsweise der Druckluft,
entstehende Strömungsstoß zur Reinigung des Speicherkörpers benutzt wird.
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Bei derartigen Regenerativ-Wärmetauschern liegen Dichtungen sowohl
an der Übergangsstelle des Speicherkörpers vom Niederdruck- zum Hochdruckmedium
als auch an der Übergangsstelle vom Hochdruck- zum Niederdruckmedium vor, und es
ist bekannt, an beiden Übergangsstellen die Dichtungen derart auszubilden, daß eine
selbsttätige Reinigung des Speicherkörpers erzielt wird.
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An der Übergangsstelle vom Niederdruck- zum Hochdruckmedium erfährt
die neu in die Hochdruckzone eintretende Zelle bei den bekannten Anordnungen einen
kräftigen Strömungsstoß, durch den eine wirkungsvolle Reinigung dieser Zelle erreicht
wird. Allerdings tritt hierbei der Nachteil auf, daß die Staub-Ruß-Teilchen mit
dem Hochdruckmedium - im allgemeinen ist dies die Verbrennungsluft -mitgerissen
und mit oder ohne Zwischenschaltung eines Staubabscheiders der Gasturbine zugeführt
werden.
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Die Erfindung bezieht sich demgegenüber auf eine Reinigung des Speicherkörpers
an der Übergangsstelle vom Hochdruck- zum Niederdruckmedium, also zum Abgas, da
hier in bekannter Weise die abgeschiedenen Staub-Ruß-Teilchen mit den Abgasen fortgeführt
werden. Es ist bekannt, die durch zwei gegenüberliegende Dichtleisten gebildete
Dichtung an dieser Übergangsstelle derart auszubilden, daß die an der Einblasseite
des Niederdruckmediums liegende Dichtleiste mit einer größeren effektiven Breite
als die gegenüberliegende Dichtleiste und in den Niederdruckraum vorspringend ausgebildet
ist. Unter effektiver Breite ist hier die Sektorbreite, über die hinweg eine Dichtleiste
den Speicherkörper völlig abzudecken vermag, verstanden. Durch die unterschiedliche
Abdeckbreite der beiden gegenüberliegenden Dichtleisten, die eine Zelle beidseitig
vom Hochdruckmedium abzuschließen vermögen, wird erreicht, daß beim Eintreten dieser
abgeschlossenen Zelle in die Niederdruckzone das in ihr eingeschlossene Druckvolumen
in Strömungsrichtung des Niederdruckmediums stoßartig expandiert und hierbei Staub
und Ruß aus dieser Zelle mit fortreißt. Allerdings vermag ein durch die Expansion
des in der Zelle eingeschlossenen Hochdruckmediums bewirkter Strömungsstoß nur die
an die Ausblasöffnung dieser Zelle angrenzenden Bereiche der Zelle zu reinigen,
während die an die effektiv breitere Dichtleiste angrenzenden Bereiche der Zelle
keinen oder nur einen sehr geringen Strömungsstoß erfahren. Da sich aber in diesen
letztgenannten Bereichen die von dem Niederdruckmedium (Abgase) mitgeführten Verunreinigungen
besonders stark absetzen, sind derartige Vorrichtungen unbedingt darauf angewiesen,
daß an der erwähnten anderen Übergangsstelle eine Vorrichtung zum Entfernen auch
dieser Verunreinigungen vorgesehen ist.
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Bei einer weiteren Ausgestaltung der vorstehend beschriebenen Vorrichtung
ist die Reinigung der abblasenden Zelle schon dadurch verbessert worden, daß die
abblasende Zelle über einen in der effektiv breiteren Dichtleiste vorgesehenen Kanal
an das Hochdruckmedium oder an eine von der Anlage getrennte Druckluftleitung angeschlossen
wird. Hierdurch wird zwar eine Durchpustung der gesamten zu reinigenden Zelle erreicht,
allerdings im ersten Fall infolge des Luftverlustes nur auf Kosten des Wirkungsgrades
des Wärmeaustauschers und im zweiten
Fall nur durch einen verhältnismäßig
großen Aufwand.
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Der Erfindung ist die Aufgabe gestellt, die beschriebenen Nachteile
der bekannten Anordnungen zu beheben, und sie soll an der Übergangsstelle vom Hochdruck-
zum Niederdruckmedium durch einfachste Mittel eine die gesamte Zelle erfassende
Reinigung ermöglichen, ohne das hierbei der Wirkungsgrad des Wärmetauschers verringert
wird.
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Die Erfindung besteht darin, daß bei einem Wärmetauscher der eingangs
genannten Art der von der abgeschlossenen Hochdruckzelle gelieferte Strömungsstoß
zur Reinigung einer anderen Zelle, und zwar einer Niederdruckzelle, durch diese
geführt wird. Da die Hochdruckzelle ohnedies bei der Rotation des Speicherkörpers
anschließend in den Niederdruckraum gelangt, wird dieser Strömungsstoß ohne Beeinträchtigung
des Wirkungsgrades des Wärmetauschers erzielt. Wenn man diesen Strömungsstoß von
der gegenüber der Anblasseite des Niederdruckmediums abgedeckten Seite der zu reinigenden
Niederdruckzelle aus in diese Zelle einleitet. wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
die gesamte Zelle durchpustet.
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Zur Durchführung dieses Verfahrens innerhalb eines Wärmetauschers
mit rotierendem Speicherkörper sieht die Erfindung eine Vorrichtung vor, bei der
an der Übergangsstelle vom Hochdruck- zum Niederdruckmedium die an der Einblasseite
des Niederdruckmediums liegende Dichtleiste mit einer größeren effektiven Breite
als die gegenüberliegende Dichtleiste und in den Niederdruckraum vorspringend ausgebildet
ist und die dadurch gekennzeichnet ist, daß die breitere Dichtleiste sich über die
Breite von zwei Zellen erstreckt, während die gegenüberliegende Dichtleiste in an
sich bekannter Weise nur eine, und zwar die hochdruckseitige Zelle der beiden vorgenannten
Zellen völlig abzudecken vermag, und daß in der effektiv breiteren Dichtleiste ein
oder mehrere an sich bekannte überströmkanäle vorgesehen sind, die das in der Hochdruckzelle
eingeschlossene Medium in die zu reinigende Niederdruckzelle leiten.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann die effektiv schmälere
Dichtleiste niederdruckseitig eine mit großen, in Strömungsrichtung weisenden öffnungen
versehene Verbreiterung aufweisen, auf deren Kante ein in Strömungsrichtung des
Niederdruckmediums weisendes Leitblech angeordnet ist.
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Die Austrittsöffnungen des oder der in der Dichtleiste befindlichen
überströmkanäle bestehen zweckmäßigerweise aus einer Mehrzahl kleiner Bohrungen.
Die Austrittsöffnungen können den jeweils vorliegenden Erfordernissen angepaßt werden.
So ist es beispielsweise zweckmäßig, daß nur Austrittsöffnungen des oder der überströmkanäle
in den Bezirken der Dichtleiste angebracht sind, die von dem Bereich stärkerer Rußablagerung
in den Zellen überstrichen werden.
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Durch die beschriebene Anordnung wird mit einfachen Mitteln eine fortlaufende
Reinigung des Speicherkröpers während des Betriebes bewerkstelligt. da jede Zelle
pro Umdrehung einmal von der mit hoher Geschwindigkeit expandierenden Luft durchströmt
wird.
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Die vorgeschlagene Einrichtung kann auch bei in Scheibenbauweise ausgeführten
Regenerativ-Wärmetauschern vorgesehen werden und auch bei solchen Regeneratoren,
bei denen der Speicherkörper feststeht, während Luft- und Gasstrom durch Ventile
und Klappen umgesteuert werden.
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Die Erfindung ist im folgenden an Hand zweier Figuren beispielsweise
dargestellt. Es zeigt Fig. 1 einen Regenerativ-Wärmetauscher bekannter Bauart in
einer axialen Ansicht, Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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Der trommelförmige Speicherkörper des Regenerativ-Wärmetauschers nach
Fig. 1 ist in seiner Gesamtheit mit 1 bezeichnet. Er besteht aus mehreren Zellen,
von denen eine mit 2 bezeichnet ist. Die Zellen sind untereinander durch Wände 3
getrennt. Der Regenerativ-Wärmetauscher besteht aus einem von der aufzuheizenden
Luft durchströmten Sektor 4 und aus einem von dem wärmeabgebenden Gas durchströmten
Sektor 5. Die Richtung des Luftstromes wird durch den Pfeil 6 wiedergegeben, diejenige
des Abgasstromes durch den Pfeil 7. Der Speicherkörper dreht sich in Richtung des
Pfeiles B.
Luftsektor 4 und Abgassektor 5 sind über zwei Dichtungen,
die aus jeweils zwei Dichtleisten 9, 10 bzw. 11, 12 bestehen, gegeneinander
abgedichtet.
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Eine Dichtung in der erfindungsgemäßen Ausgestaltung und in vergrößerter
Darstellung gegenüber Fig.l ist in Fig.2 dargestellt. Die radial innenliegende Dichtleiste
12 weist einen überströmkanal 13 auf. Auch in Fig. 2 sind durch Pfeile 6
bzw. 7 die Strömungsrichtungen der Luft bzw. des Abgases dargestellt. Der Speicherkörper
1 nach Fig. 2 besteht ebenfalls aus mehreren Zellen 2, die untereinander
durch die Wände 3 getrennt sind. Die Drehrichtung des Speicherkörpers 1 entspricht
derjenigen nach Fig. 1 und ist auch in Fig. 2 mit 8 bezeichnet. Bei dem Ausführungsbeispiel
wird davon ausgegangen, daß die Verbrennungsluft einen wesentlich höheren Druck
als die Abgase aufweist. Während die radial innenliegende Dichtleiste
12 sich über zwei Zellen erstreckt und je eine Zelle gegenüber dem Hochdruckmedium
(Verbrennungsluft) und dem Niederdruckmedium (Abgase) abzudecken vermag, kann die
gegenüberliegende Dichtleiste 11 nur eine Zelle, und zwar gegenüber dem Hochdruckraum
abdecken. Die Dichtleiste 11 weist zum Niederdruckraum hin eine mit großen Öffnungen
15 versehene Verbreiterung auf, auf deren Kante ein in Strömungsrichtung 7 der Abgase
weisendes Leitblech angeordnet ist.
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Die Reinigung des Speicherkörpers erfolgt bei dem Ausführungsbeispiel
entsprechend Fig.2 wie folgt: Im Luftsektor 4 des Regenerativ-Wärmetauschers
herrscht ein im Vergleich zum Abgassektor 5 verhältnismäßig hoher Druck. Die einzelnen
Zellen 2
sind mit Druckluft angefüllt. Sie bewegen sich in Richtung des Pfeiles
8 zwischen die beiden Leisten 11 und 12 der Dichtung. Die Druckluft bleibt
in der Zelle 2 zwischen den beiden Leisten il und 12 so lange eingeschlossen, bis
die entsprechende Wand 3 dieser Zelle 2 über die Eintrittsöffnung 17 des überströmkanals
13 tritt. In diesem Moment erfolgt über den überströmkanal 13 eine Expasion
des zuvor abgeschlossenen Hochdruckmediums, die einen Strömungsstoß in der benachbarten,
im Niederdruckraum liegenden Zelle hervorruft. Dieser Strömungsstoß erfaßt bei geeigneter
Ausbildung und Anordnung der Auslaßöffnung 14 des Kanals 13 die gesamte
Zelle, so daß diese nunmehr vollständig gereinigt wird.
Die Öffnungen
14 des Kanals 13 können verschieden ausgeführt sein. Beispielsweise ist die Anordnung
einer größeren Anzahl von Bohrungen mit kleinerem Durchmesser möglich oder es können
nur wenige Bohrungen so angebracht sein, daß die expandierende Luft im wesentlichen
nur durch solche Teile der Zellen geleitet wird, in denen diese stärkere Bußablagerungen
zeigen, wie etwa an den Ecken und in den Randzonen. Unter Umständen kann es zweckmäßig
sein, die bereits erwähnten Leitbleche 16 anzuordnen, damit beim Eintritt
des erwähnten Strömungsstoßes in den Abgasraum Wirbelbildungen und dadurch bedingte
Druckverluste vermieden werden.