DE1192669B - Rotary storage heat exchanger - Google Patents

Description

Drehspeicherwärmetauscher Die Erfindung bezieht sich auf einen Drehspeicherwärmetauscher, insbesondere zum Aufheizen der Verbrennun-sluft von Gasturbinen, bei dem der Drehspeicher aus ringfönnigen Lamellen gebildet ist, deren Ebenen senkrecht zur Drehachse gen, wobei ein Ringsektor für die ün wesentlichen lieg C radiale Durchströmung durch das wärmeabgebende Gas und der restliche Sektor für die im wesentlichen radiale Durchströmung durch das aufzuheizende Gas eingerichtet ist und als Trennvorrichtung zwischeu den beiden Sektoren die Zwischenräume zwischen den Lamellen ausfüllende Streifen angeordnetsind.Rotary storage heat exchanger The invention relates to a rotary storage heat exchanger, in particular for heating the combustion air of gas turbines, in which the rotary storage is formed from annular lamellae, the planes of which are perpendicular to the axis of rotation, with a ring sector for the essentially lying C radial flow through the heat emitting Gas and the remaining sector is set up for the essentially radial flow through the gas to be heated and strips filling the spaces between the lamellae are arranged as a separating device between the two sectors.

Diese Streifen sollen bei derartigen Drehspeicherwännetauschern die vom wärmeabgebenden und vom aufzuheizenden Gas durchströmten Ringsektoren gegeneinander abdichten und darüber hinaus die Lamellen auf Abstand halten und zugleich eine Reinigung der Lamellen von sich absetzendem Staub oder Ruß bewirken.These strips are intended for such rotary storage heat exchangers from the heat-emitting and the gas to be heated through ring sectors against each other seal and also keep the lamellas at a distance and at the same time cleaning the lamellas cause dust or soot to settle.

Bei bekannten Drehspeicherwärinetauschem mit auf einer gemeinsamen Welle aufgereihten scheibenförmigen Lamellen werden die Streifen durch die Zinken von kammförmig geschlitzten Trennwänden gebildet, die radial auf die Welle gerichtet sind. Da diese Zinken bzw. Streifen eine ausreichende Festikeit aufweisen müssen, um den von den rotierenden Lamellen übertragenen Schubbeansprachungen und Reibungskräften standhalten zu können, müssen diese Streifen in einer entsprechenden Breite ausgeführt werden. Durch die breite Ausführung der Streifen wird aber eine Anbringung möglichst vieler Lamellen in geringstem Abstand verhindert, wodurch der Wärinetauscherwirkungsgrad begrenzt wird.In known rotary storage heat exchangers with on a common Wave lined up disc-shaped lamellas are the strips through the prongs formed by comb-shaped slotted partitions, which are directed radially towards the shaft are. Since these prongs or strips must have sufficient strength, around the thrust responses and frictional forces transmitted by the rotating lamellae In order to be able to withstand, these strips must have a corresponding width will. Due to the wide design of the strips, an attachment is possible many fins in the smallest distance prevented, which increases the efficiency of the heat exchanger is limited.

Es sind weiterhin Wärmetauscher bekannt, bei denen die Lamellen durch konzentrisch um die Drehachse angeordnete Zylinder gebildet werden, zwischen denen als Trennvorrichtung für die gasdurchströmten Räume den Zylinderkrümmungen entsprechend gebogene Trennstreifen angeordnet sind. Diese Streifen berühren allerdings die rotierenden Lamellen über einen verhältnismäßig langen Weg, was sich insbesondere durch die hierdurch bewirkte große Reibung als nachteilig erweist. Die Reibung zwischen den gebogenen Streifen und den zylindrischen Lamellen kann insbesondere beün Verwerfen der Streifen infolge thermischer Spannungen hohe Werte annehmen. Bei dieser Anordnung sind zwar die vorderen staub- und rußabgebenden Kanten der Streifen nicht entlang eines Radius des Drehspeichers, sondern entlang einer Sekante angeordnet, C el so daß die vorderen Flanken der Streifen eine Neit'ung a gegenüber dem entsprechenden Radius des Drehspeichers aufweisen. Da die Flanken aber parallel zur axialen Strömung chtung des Gases und ,sri zur Achse der zylindrischen Lamellen stehen, erbringt die erwähnte Neigung der Flanken hinsichtlich der drei von den Streifen zu erfüllenden Aufgaben keinen besonderen Vorteil.There are also known heat exchangers in which the lamellae are formed by cylinders arranged concentrically around the axis of rotation, between which separating strips curved according to the cylinder curvature are arranged as a separating device for the spaces through which the gas flows. However, these strips touch the rotating lamellae over a relatively long distance, which proves to be disadvantageous, in particular due to the great friction caused thereby. The friction between the curved strips and the cylindrical lamellae can assume high values, in particular when the strips are warped as a result of thermal stresses. In this arrangement, although the front of dust and rußabgebenden edges of the strips are not arranged along a radius of the rotation memory, but along a secant, C el so that the front edges of the strips have a Neit'ung a relative to the corresponding radius of the rotating memory. However, since the flanks are parallel to the axial flow direction of the gas and, sri, to the axis of the cylindrical lamellae, the aforementioned inclination of the flanks does not provide any particular advantage with regard to the three tasks to be performed by the strips.

Es wurde ferner bereits bei einem Wärmetauscher mit im wesentlichen radial durchströmten Sektoren vorgeschlagen, die Trennung der Sektoren durch ein Zusammenpressen der Lamellen mittels Dichtungsrollen vorzunehmen und besondere kammförmig zusammengefaßte Streifen vorzusehen, welche eine Abstandhalterung und Reinigung der Lamellen bewirken sollen. Da die Streifen hierbei die Lamellen spreizen müssen, ist auch bei dieser Anordnung eine starke Reibung zwischen den Lamellen und den Streifen zu erwarten.It has also been used in a heat exchanger with essentially Radially perfused sectors proposed the separation of the sectors by a Compress the lamellas by means of sealing rollers and make special comb-shaped To provide grouped strips that provide spacing and cleaning of the lamellas. Since the strips have to spread the slats, is also with this arrangement a strong friction between the lamellae and the Streaks to be expected.

Der Erfindung ist die Aufgabe gestellt, bei einem Drehspeicherwärmeaustauscher der eingangs genannten Art die Streifen derart auszubilden und anzuordnen, daß diese Streifen ihre mehrfachen Aufgaben, also Abdichtung, Abstandshalterung und Reinigung, ohne Beeinträchtigung des Wirkungsgrades und unter Vermeidung einer stärkeren Reibung in besonders günstiger Weise erfüllen.The object of the invention is set in a rotary storage heat exchanger of the type mentioned to train and arrange the strips in such a way that these Strip their multiple tasks, i.e. sealing, spacing and cleaning, without impairing the efficiency and avoiding greater friction meet in a particularly favorable manner.

Die Erfindung besteht darin, daß die Streifen im Querschnitt gesehen in Umlaufrichtung des Drehspeichers verjüngt und gegenüber den Radien der ringförmigen Lamellen zur Umlaufrichtung geneigt sind. Durch die besondere Profilgebung der Streifen können diese bei ausreichender Stabilität sehr schmal und auch länger ausgebildet werden. Die vorderen Kanten bewirken zugleich eine gute Abdichtung der Ringsektoren gegeneinander und eine gründliche Reinigung und eine sichere Abstandshalterung der C Lamellen, wobei durch die nur linienhafte Berührung die Reibung stark gegenüber den bekannten Anordnungen vermindert ist. Die Neigung der Streifen erbringt darüberhinaus den Vorteil, daß die vorderen Kanten der Streifen besonders wirkungsvoll die Lamellen von Ruß u. dgl. säubern und daß innerhalb des vom wärmeabgebenden Gas durchströmten Sektors die vorderen Kanten bzw. die Vorderseite der Streifen vom Gas unter einem Winkel angeblasen werden, so daß die von den Lamellen abgestreiften Rußpartikeln in besonders hohem Maße von dem wärmeabgebenden Gas, also meist den Abgasen, mit fortgerissen werden.The invention consists in that the strips, seen in cross section, are tapered in the direction of rotation of the rotary accumulator and are inclined with respect to the radii of the annular lamellae in relation to the direction of rotation. Due to the special profile of the strips, they can be made very narrow and also longer with sufficient stability. The front edges also ensure good sealing of the ring sectors against each other and thorough cleaning and secure spacing of the C lamellas, the friction being greatly reduced compared to the known arrangements due to the only linear contact. The inclination of the strips also has the advantage that the front edges of the strips are particularly effective in cleaning the lamellae of soot and the like and that within the sector through which the heat emitting gas flows, the front edges or the front of the strips are blown by the gas at an angle so that the soot particles stripped from the lamellae are carried away to a particularly high degree by the heat-emitting gas, i.e. mostly the exhaust gases.

In Ausgestaltung der Erfindung kann weiterhin vorgesehen werden, daß die Streifen, im Längsschnitt gesehen, in an sich bekannter Weise zu Kämmen vereinigt und daß außer an den Trennstellen zwischen den beiden Sektoren des Wärinetauschers noch an weiteren Stellen Streifen angeordnet sind.In an embodiment of the invention it can also be provided that the strips, seen in longitudinal section, combined to form combs in a manner known per se and that except at the points of separation between the two sectors of the heat exchanger Stripes are also arranged in other places.

Die Erfindung ist im folgenden an Hand zweier Figuren beispielsweise dargestellt. Es zeigt F i g. 1 einen Schnitt längs der Drehachse durch einen rotierenden, sich selbst reinigenden Wärmetauscher und F ig.2 die Ansicht desselben Wärinetauschers in Richtung der Drehachse, in der einige Teile im Schnitt dargestellt sind.The invention is illustrated below using two figures, for example. It shows F i g. 1 shows a section along the axis of rotation through a rotating, self-cleaning heat exchanger and FIG. 2 shows the view of the same heat exchanger in the direction of the axis of rotation, in which some parts are shown in section.

Der Wärmetauscher ist in einem runden Gehäuse 1 untergebracht, das, vom Mittelpunkt (F i g. 2) ausgehend, im wesentlichen in drei Abschnitte unterteilt ist. Im inneren, kreisförmigen Abschnitt 2 findet die Luft- und Gaszu- bzw. -abfuhr statt. Diesem Ab- schnitt schließt sich ein ringföriniger mittlerer Ab- schnitt, der Drehspeicher 3 und ganz außen ein weiterer ringförmiger Abschnitt, der Luft- und Gasringkanal 4 an. Der innere Abschnitt 2 wird durch die Trennwände 5, 6, 7 und 8 im wesentlichen in zwei Sektoren aufgeteilt, die zusammen mit den übrigen Gehäuseteilwänden 9 und 10, die den inneren Abschnitt abschließen, die, Stutzen für die Luft-oder Gaszu- bzw. -abfuhr bilden. So tritt z. B. durch den Kanal 11 die Luft, also das aufzuheizende Gas, in Pfeilrichtung IY in das Innere des Wärmetauschers ein, durchdringt den Drehspeicher 3 im Ringsektor 12, der von den die Trennwände 13 und 14 bildenden Blechstreifen begrenzt wird. Nach Durchdringen des Drehspeichers 3 bzw. des Ringsektors 12 des Drehspeichers gelangt die Luft in den äußeren Sektor 15, der mit dem Luftaustrittskanal 16 und dem Luftaustrittsstutzen 17 in Verbindung steht, durch den die erwärmte Luft abgeleitet werden kann.The heat exchanger is accommodated in a round housing 1 which, starting from the center point ( FIG. 2), is essentially divided into three sections. The air and gas supply and discharge take place in the inner, circular section 2. This section ringföriniger a middle portion, the rotation memory 3 and outermost a further annular portion, the air and gas ring channel 4 connects. The inner portion 2 is divided by the partition walls 5, 6, 7 and 8 substantially into two sectors, which together with the rest of the housing part walls 9 and 10, which close the inner section, which connecting piece for the air or gas supply and -discharge form. So occurs z. B. through the channel 11 the air, that is, the gas to be heated, in the direction of arrow IY into the interior of the heat exchanger, penetrates the rotary accumulator 3 in the ring sector 12, which is bounded by the sheet metal strips forming the partitions 13 and 14. After penetrating the rotary accumulator 3 or the ring sector 12 of the rotary accumulator, the air enters the outer sector 15, which is connected to the air outlet duct 16 and the air outlet nozzle 17 , through which the heated air can be discharged.

Im Ausführungsbeispiel durchströmt das Wärme abgebende Gas den Wännetauscher im Gegenstrom, d. h., das Gas strömt in entgegengesetzter Richtung wie die aufzuheizende Luft durch den Drehspeicher. Demgemäß tritt das Gas über den Stutzen 18 durch den Kanal 19 in den äußeren Sektor 20 ein, strömt von dort auf dem gesamten, für das Gas bestimmten Ringsektor 21 des Drehspeichers 3, der durch die Wände 13 und 14 begrenzt wird, durch das Lamellenpaket hindurch und wird in dem Raum 22 gesammelt und von dort abgeleitet. Zu bemerken ist noch, daß die konzentrisch zueinander ausgebildeten beiden inneren Abschnitte zum äußeren Abschnitt des Wärmetauschers exzentrisch angeordnet sind, so daß von einem Ende zum Luft- bzw. Gasanschlußstutzen 17 bzw. 18 sich vergrößernde Ringkanäle gebildet werden. Der Wärmeaustausch zwischen Gas und Luft findet bei Umdrehung der den Drehspeicher bildenden Lamellenpakete statt. Der Drehspeicher 3 ist zw!-schen starr oder federnd gelagerten Rollen 23 gehalten, von denen mindestens eine angetrieben wird. Im Ausführungsbeispiel ist die Rolle 24 mit einer Verzahnung 25 versehen, die in die Verzahnung 26 am äußeren Lamellenring 27 eingreift. In diesen Lamellenring 27 sind die einzelnen Lamellen 28 eingesetzt. Wird der Laniellenring 27 mit den Lamellen 28 in Umdrehung versetzt, so nehmen die einzelnen Lamellen von der Trennwand 13 ausgehend bis zur Trennwand 14, also im Ringsektor 21, fortlaufend aus dem die Lamellenpakete durchströmenden Gasstrom Wärme auf. Von der Trennwand 14 ab bis zur Trennwand 13, also im Ringsektor 12, geben die Lamellenpakete die vom Gas aufgenommene Wärme wieder an die vom Raum 11 über den Ringsektor 12 nach dem äußeren Sektor 15 strömende Luft ab.In the exemplary embodiment, the heat-emitting gas flows through the heat exchanger in countercurrent, i. This means that the gas flows in the opposite direction as the air to be heated through the rotary accumulator. Accordingly, the gas enters the outer sector 20 via the nozzle 18 through the channel 19 , from there flows through the lamellar stack over the entire ring sector 21 of the rotary accumulator 3 intended for the gas, which is delimited by the walls 13 and 14 and is collected in the space 22 and discharged from there. It should also be noted that the two inner sections, which are designed concentrically to one another, are arranged eccentrically to the outer section of the heat exchanger, so that enlarged ring channels are formed from one end to the air or gas connection piece 17 or 18. The heat exchange between gas and air takes place when the disk packs forming the rotary accumulator rotate. The rotary storage device 3 is held between rigidly or resiliently mounted rollers 23 , of which at least one is driven. In the exemplary embodiment, the roller 24 is provided with a toothing 25 which engages in the toothing 26 on the outer lamellar ring 27. The individual lamellae 28 are inserted into this lamellar ring 27. If the lamellar ring 27 is set in rotation with the lamellas 28 , the individual lamellae, starting from the partition 13 up to the partition 14, ie in the ring sector 21, continuously absorb heat from the gas stream flowing through the lamellar stacks. From the partition wall 14 up to the partition wall 13, that is in the ring sector 12, the plate packs give off the heat absorbed by the gas back to the air flowing from the space 11 via the ring sector 12 to the outer sector 15.

Vornehmlich durch die Verbrennungsgase, aber auch durch ungereinigte Luft mitgeführte Fremdkörper und Schmutzteile setzen sich an den nur in einer Entfernung von beispielsweise 0,25 mm voneinander angeordneten Lamellen an und verstopfen dieselben oder können zumindest zur Verminderung des Wärmeüberganges beitragen. Um den Ansatz dieser Fremdkörper zu vermeiden, sind zwischen den Lamellen 28 Blechstreifen 29 vorgesehen, durch die auch die Trennwände 13, 14 gebildet werden. Diese Blechstreifen sind, wie in F i g. 1 dargestellt, im Querschnitt gesehen in Umlaufsrichtung verjüngt ausgeführt, so daß jeweils die Kante 30, die in Umlaufrichtung von den Lamellen zuerst berührt wird, einen stärkeren Querschnitt aufweist als die hintere Kante 31. Die von den Seitenflächen der Blechstreifen 29 und der Fläche 30 gebildeten Kanten streifen demnach an den Lamellenwänden entlang und reinigen sie. Die Blechstreifen sind in ihrem nach der Mitte zu gelegenen Teil in nicht dargestellter Weise kammartig zusammengefaßt und mit dem Fuß 32 des Kammes jeweils befestigt. Besonders vorteilhaft ist für die Zwecke der Reinigung die geneigte Anordnung der Blechstreifen, die in Umfangsrichtung mit dem äußeren Ende etwas gegenüber dem inneren Ende nach hinten geneigt angeordnet sind. Hierdurch werden die in einer radialen Ebene liegenden inneren Teile des Lamellenpaketes jeweils den Blechstreifenkamm eher erreichen als die äußeren Teile, die in derselben radialen Ebene liegen. Eine derartige Anordnung ist für die Entfernung der Fremdkörper von Vorteil, zumal im Ringsektor 21, in dem in verstärktem Maße mit einem Ruß-Staub-Anfall zu rechnen ist, die Kanten 30 der Streifen unter einem Winkel vom Gas angeblasen werden.Foreign bodies and dirt particles carried along by the combustion gases, but also by uncleaned air, attach themselves to the lamellae, which are only 0.25 mm apart, for example, and clog them or at least contribute to reducing the heat transfer. In order to avoid the attachment of these foreign bodies, sheet metal strips 29 are provided between the lamellae 28, by means of which the partition walls 13, 14 are also formed. These sheet metal strips are, as in FIG. 1 shown in cross-section carried out tapers in the direction of rotation, so that in each case the edge 30 that is contacted in the rotational direction of the blades first, having a greater cross-section than the trailing edge 31. The formed by the side surfaces of the metal strip 29 and the surface 30 Edges therefore brush along the louvre walls and clean them. The sheet metal strips are combined in a comb-like manner in their part to be located towards the center in a manner not shown and each fastened to the foot 32 of the comb. For cleaning purposes, the inclined arrangement of the sheet metal strips, which are arranged in the circumferential direction with the outer end slightly inclined towards the rear with respect to the inner end, is particularly advantageous. As a result, the inner parts of the lamella set lying in a radial plane will each reach the sheet-metal strip comb sooner than the outer parts lying in the same radial plane. Such an arrangement is advantageous for the removal of the foreign bodies, especially since the edges 30 of the strips are blown at an angle by the gas in the ring sector 21, in which an increased occurrence of soot and dust is to be expected.

Claims (2)

Patentansprüche: 1. Drehspeicherwärmetauscher, insbesondere zum Aufheizen der Verbrennungsluft von Gasturbinen, bei dem der Drehspeicher aus ringförmigen Lamellen gebildet ist, deren Ebenen senkrecht zur Drehachse liegen, wobei ein Ringsektor für die im wesentlichen radiale Durchströmung durch das wärmeabgebende Gas und der restliche Sektor für die im, wesentlichen radiale Durchströmung durch das aufzuheizende Gas eingerichtet ist und als Trennvorrichtung zwischen den beiden Sektoren die Zwischenräume zwischen den Lamellen ausfüllende Streifen angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Streifen(29), im Querschnitt gesehen, in Umlaufrichtung des Drehspeichers verjüngt und gegenüber den Radien der ringförmigen Lamellen zur Umlaufrichtung geneigt sind. Claims: 1. Rotary storage heat exchanger, in particular for heating the combustion air of gas turbines, in which the rotary storage is formed from ring-shaped lamellae, the planes of which are perpendicular to the axis of rotation, one ring sector for the essentially radial flow through the heat-emitting gas and the remaining sector for the in, substantially radial flow is established through the be heated gas, and arranged as a separator between the two sectors, the spaces between the slats filling strip, characterized in that the strips (29), seen in cross section, tapers in the direction of rotation of the rotary store and compared to the Radii of the annular lamellae are inclined to the direction of rotation. 2. Drehspeicherwärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Streifen (29), im Längsschnitt gesehen, in an sich bekannter Weise zu Kämmen vereinigt sind. 3. Drehspeicherwärmetauscher nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß außer an den Trennstellen zwischen den beiden Sektoren des Wärmetauschers noch an weiteren Stellen Streifen (29) angeordnet sind. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 457 894, 416 332; französische Patentschrift Nr. 982 174; britische Patentschrift Nr. 234 198. In Betracht gezogene ältere Patente: Deutsches Patent Nr. 1082 608. 2. Rotary storage heat exchanger according to claim 1, characterized in that the strips (29), seen in longitudinal section, are combined to form combs in a manner known per se. 3. Rotary storage heat exchanger according to claims 1 and 2, characterized in that, in addition to the separation points between the two sectors of the heat exchanger, strips (29) are arranged at other points. Considered publications: German Patent Specifications Nos. 457 894, 416 332; French Patent No. 982 174; British Patent No. 234 198. Earlier Patents Considered: German Patent No. 1082608.