DE1910378A1

DE1910378A1 - Hochtemperaturrekuperator

Info

Publication number: DE1910378A1
Application number: DE19691910378
Authority: DE
Inventors: Madejski Dr-Ing Jan; Mikielewicz Dr-Ing Jaroslaw
Original assignee: Polska Akademia Nauk Instytut Maszyn Przeplywowych
Current assignee: Polska Akademia Nauk Instytut Maszyn Przeplywowych
Priority date: 1968-03-04
Filing date: 1969-02-28
Publication date: 1969-11-27
Also published as: GB1255262A

Description

DR. BERG DIPL.-ING. STAPF

PATENTANWÄLTE MÜNCHEN 3. HIL.BI.ESTRA8SE

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2 8, Feb. 1969

Anwaltsakten Nr. 18

Polska Akademia Nauk JNSTYIUT MASZYN PRZEP#YW0WY0H Qdanak / Polen

Hoohttmperatnrrekupirator

Si« Brfindung betrifft einen Hoohtemperaturrekuperator, der dem Wärmeaustausch bei kernen Temperaturen und ·β-träolitliohen Sruokujits^aoliledeii dient, und In der Hüttenindustrie oder in Wärmekr«isläufen von Sasturbinen, ins-

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"besondere für Wärmekreisläufe mit magnetogasdynamisch©!! Generatoren seine Anwendung findet.

Die magnetogasdynamischen Kreisläufe zur unmittelbaren Umwandlung der Wärmeenergie in die elektrische Energie erfordern hohe Temperaturen um einen entsprechenden Ionisationsgrad des Betriebsmedium« au erreichen·

Um die genannten hohen Temperaturen zu erreichen» aoll der Verbrennungskammer dta magnetogaedynamisehen Kreislaufes stark erhitzte luft zugeführt werden. Zu diesem Zweok erfolgt eine Regenerativerhitzung der Luft bis auf eine Temperatur von oa. 1000 - 1500 °0.

Se sind Vorrichtungen zur Wärmeübertragung bei hohen Temperaturen bekannt, welche ein geschlossenes, an einem Ende erhitztes keramische« Bohr aufweisen. An dem gegenüberliegenden Ende des Rohrs erfolgt die Kondensation des Mediums, das danach mittels eines !Dochtes* unter der Wirkung von Kapillarkräften, in die erwärmende Zqu· abgezogen wirdt

Sie scheinbare Wärmeleitzahl des RoJ?ra ist sehr koch ι 10 mal höher als jene einer guten metallischen. Leitung,

Infolge Jedooh des veränderlichen Sättigungsdrucks während

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des Anlaufens und des Absteilens, ist die Lebensdauer der Vorrichtung jedoch sehr kurz.

Es sind auch Rekuperatoren bekannt, in welchen als Wärmeträger keramische Peinteile dienen, welche in einem Rohr angeordnet sind, von unten von Verbrennungsgasen durchströmt werden und einen intensiven Wärmeaustausch zwischen den Rohrwandungen und der strömenden Luft bewirken.

Ein wesentlicher Nachteil dieser Bauweise besteht in der raschen Abnutzung der keramischen Teile infolge der Veränderlichkeit der thermischen Belastung, und damit der
Wechselspannungen, welche den Keramikstoff ermüden.
Ein anderer Kachteil dieser Vorrichtungen besteht darin, daß sie nur eine verhältnismäßig geringe Durchflußgeschwindigkeit erlauben, was eine Vergrößerung der Konetruktionsausmaße bewirkt.

Die Schwierigkeiten bei magnetogasdynamischen Rekuperatoren liegen in den hohen Temperaturen, den beträchtlichen Druokunterschieden zwischen den die Wärme austauschenden Mitteln, und in der Verbindung und Abdichtung von keramischen Stoffen. Aus diesen Gründen gibt es bisher keine zufriedenstellenden Austauscher des genannten Typs.

Der Erfindung liegt die Aufgab© zugrunde die genannten

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Ungelegenheiten zu beseitigen und einen Rekuperator hoher Wärmeleistung zu entwickeln, welcher bei sehr hohen Temperaturen und bei sehr großem Druckunterschied arbeiten kann.

Gemäß der Erfindung wird eine Intesivierung des Wärmeaustausches durch Verminderung des Wärmewiderstands einer mit Rücksicht auf den Druckunterschied dicken, keramischen Membran erreicht, welche die die Wärme austauschende Ströme trennt.

Das wird erzielt durch Anwendung von mit flüssigem Metall gefüllten, geschlossenen Rohrschleifen, welche die Wärmeaustauschermembrane durchdringen.

Das geschlossene Rohrsystem kann aus mit keramischem Stoff bedeckten Stahlrohren hergestellt sein.

In dem von unten erwärmten, flüssigen Metall entstehen naturgemäß Konvektionsbewegungen, welche einen sehr intensiven Wärmeaustausch - eine Übertragung der Wärme praktisch ohne Temperaturabfall - verursachen.

Die Wandungen der Rohrschleifen sind dünn, weil im Inneren des flüssigen Metalle «um Beispiel durch Zuführung eines

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unter Druck stehenden Inertgases, ein mittlerer Druck zwischen den Drücken der wärmeaustauschenden Mittel erzeugt werden kann.

Somit erfolgt der Wärmeaustausch im Rekuperator nicht durch die Membrane, welche die wärmeaustauschenden Ströme trennt, sondern durch die dünnen Wandungen der Rohrschleifen.

Es wurde dadurch das Problem der Abdichtungen beseitigt. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Rekuperators besteht darin, daß der Druck des am Wärmeaustausch teilnehmenden Mediums, und zwar des flüssigen Metalls, aus den Drücken der wärmeaustauschenden Medien folgt, und durch die Werte dieser Drücke begrenzt ist, während bei den bekannten Vorrichtungen dieser Druck aus dem Temperaturenbereich folgt und sich dementsprechend während des Anlaufens und beim Abstellen der Rekuperatoren stark ändert.

Der erfindungsgemäße Rekuperator zeichnet sich somit durch eine unveränderliche thermische und mechanische Belastung aus, was eine lange Lebensdauer des Rekuperators gewährleistet.

Der Gegenstand der Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungebeispiel näher erläutert werden. Zn der

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Zeichnung zeigt:

Figo 1 eine Seitenansicht mit teilweisem Längsschnitt und

Pig. 2 den Schnitt A-A nach Pig. I.

Den Rekuperator bildet ein geschlossenes Rohrsystem 1 in Porm von durch die Membrane oder Zwischenwand 2 ragenden und mit flüssigem Metall 3 gefüllten Rohrschleifen.

Die Anordnung der Rohre kann beliebig sein. Es können zum Beispiel gerade, oben und unten durch Behälter verbundene Rohre vorgesehen sein, so daß ein geschlossener Kreislauf des flüssigen Metalls ermöglicht wird.

Die hohen Betriebstemperaturen des Rekuperators erfordern die Verwendung feuer-, hitze-, korroaions- und rauchgaslieständiger Stoffe. Diese Anforderungen werden von keramischen Stoffen, wie Oxyden, Karbiden und Nitriden von Metallen, oder von gewiesen reinen Metallen, wie Wolfram oder Molybdän erfüllt. Ss können also Stoffe benutzt werden, deren Hauptbestandteile SiO₂, AIgO,, ZrOp oder Graphit Bind.

Das den Wärmeaustausch vermittelnde Medium - das flüssige

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Metall - soll folgende Eigenschaften aufweisen!

Es soll über dem ganzen Betriebstemperaturbereich des Rekuperators flüssig sein, eine hohe Wärmeleitfähigkeit, große Wärmeausdehnung, niedrige kinematische Viskosität und niedrige Temperaturleitfähigkeit, einen hohen Siedepunkt und einen niedrigen Erstarrungspunkt aufweisen. Diese Eigenschaften weisen zum Beispiel unter anderem Aluminium, Gallium, Zinn, Blei, Pb-Bi-Legierung auf.

- 8 Patentansprüche

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Claims

Patentansprüche :

l.y Hochtemperaturrekupera-tor für den Wärmeaustausch bei hohen !Temperaturen und beträchtlichen Druckunterschieden, dadurch gekennzeichnet, daß er eine die Wärmeaustauschströme trennende Zwischenwand aufweist, und daß er mit einem geschlossenen, durch die Zwischenwand (2) durchtretenden und mit flüssigem Metall (3) gefüllten Rohrsystem (1) versehen ist.
2. Hochtemperaturrekuperator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohrsystem (l) zusätzlich ein inertes Gas unter erhöhtem Druck enthält.
3. Hochtemperaturrekuperator nach Anspruch 1 oder 2_S dadureh gekennzeichnet, daß die Metallrohre des Rohrsystems'(l) mit keramischem Material ummantelt sind.

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