DE2206621C3 - Umlauf-Wärmetauscher - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Umlauf-Wärmetauscher mit einer Heißgasleitung, einer Kaltgasleitung und einem in einer Unterbrechung der beiden Leitun gen angeordneten drehbaren Austauschspeicher aus hitzebeständigem Material, welcher in Axialrichtung von zellenartigen Durchlässen zum Überbrücken der Unterbrechung der beiden Leitungen durchsetzt ist, wobei um den Austauschspeicher herum ein damit koaxiaier, außen verzahnter Antriebs-Zahnkranz angeordnet und zwischen dem Zahnkranz und dem Austauschspeicher ein dessen Umfangsfläche belastendes elastisches Druckband befestigt ist.

Bei einem solchen aus der FR-PS 1 557 390 bekann ten Umlauf-Wärmetauscher läuft das Druckband ein teilig um den Umfang des Austausch-Speichers herum. Letzterer bildet oberhalb seiner Umfangsfläche mit zwei mit einem äußeren Zahnkranz in Verbindung stehenden Halbringen einen Ringraum, in dem sich ko axial un den Rotor das an den Halbringen befestigte Druckband schlingt Zwischen dem Druckband und den Halbringen ist ein weiteres gewelltes Druckband angeordnet, welches das erste Druckband auf den Rotor drückt. Das erste Druckband hat die Hauptfunktion, genügend Reibungswiderstand zu bewirken, daß beim Antrieb des Zahnkranzes der Rotor mitgedreht wird. Diese bekannte Druckbandanordnung reicht jedoch nicht aus, die bei der Drehung auftretenden Zentriftigalkräfte zu kompensieren und somit eine Rißbildiing am Umfang des Austauschspeichers zu vermeiden. Die ses ist dadurch bedingt, daß das Druckband nicht auf der ganzen Breite der Umfangsfläche des Austauschspeichers liegt. Ferner kann sich das einteilige Druckband nicht genügend gleichmäßig an den Rotorumfang anschmiegen sowie seinen Wärmedehnungsbewegungen folgen. Es ergeben sich dadurch unkontrollierbare Spannungen und auch Stöße im Antrieb.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen neuen Umlauf-Wärmetauscher der genannten Art zu schaffen, bei dem das Speichermaterial am Umfang zuverlässig abgestützt und ein stoßfreier Antrieb gewährleistet ist.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Druckband aus kreisbogenförmigen dünnen Teilbändern besteht, welche auf der ganzen Breite des Umfanges des Austauschspeichers anliegen und durch elastische Spannvorrichtungen verbunden sind, die zwischen fingerartig ineinandergreifenden Endstücken jeweils zweier benachbarter Teilbänder wirken, und daß eine schmiegsame wärmeisolierende Zwischeneinlage zwischen den Teilbändern und der Umfangsfläche des Austauschspeichers eingelegt ist, wobei mindestens eine der elastischen Spannvorrichtungen an dem Zahnkranz starr befestigt ist, während die anderen Spannvorrichtungen in geringem Maße in Umfangsrichtung beweglich sind.

Durch diese Ausbildung erfolgt ein im wesentlichen konstanter, genau dosierbarer Druck auf die ganze Umfangsfläche, wodurch die Gefahr der Rißbildung im Austauschspeicher selbst dann verringert wird, wenn sich das Druckband unter Einwirkung hoher Temperaturen und Zugspannungen in beträchtlichem Maße aus-

lehnt Der Stützdruck greift außerdem über die ganze Ipeicherbreite an. Außerdem erfolgt ein weicherer Anrieb des Austauschspeichers, während die Übertra-"jng übermäßiger Spannungen zwischen Zahnkranz ind Austauschspeicher vermieden wird.

In einer vorteilhaften Ausführung weisen die Spannvorrichtungen jeweils zwei Stützwii kel auf, welche sich leweUs in einem hakenförmigen Falz am Ende der Teiljänder abstützen und von einer sie auseinandertreibenden elastischen Kraft beaufschlagt sind.

Zum Erzeugen der elastischen Kraft weisen bei einer Ausführung die Spannvorrichtungen jeweils einen Stapel von Scheibenfedern auf, der zwischen den Innenseiten der Stützwinkel eingesetzt und auf einen in den Stützwinkeln sitzenden Zapfen aufgeschoben ist.

Gemäß einer anderen Ausführung weisen die elastischen Spannvorrichtungen jeweils eine Blattfeder auf, welche sich mit ihren Enden jeweils an dem hakenförmigen Falz am Ende der Teilbänder absiützt, wobei das Mittelteil der Blattfeder mittels eines Exzenierstückes in bezug auf das Druckband ein- bzw. feststellbar ist.

Je näher das Mittelteil der Blattfeder in dieser Aus führung dem Druckband ist, um so größer ist die Kraft, mit der sich ihre Enden in den Falzen der Teilbänder abstützen. Somit ist auch die durch das Druckband entlang dem Umfang des Austauschspeichers ausgeübte Spannkraft um so größer, je näher sich das Mittelteil der Blattfeder dem Druckband befindet.

Bei einer solchen Ausbildung ist vorzugsweise an we nigstens einer der elastischen Spannvorrichtungen ein thermostatisches Korrekturclement zwischen dem Exzenter und dem Mittelteil der Blattfeder eingesetzt. Dabei findet ein solches Element, beispielsweise eine An eroiddose. Verwendung, welches sich unter Wärmeeinwirkung ausdehnt Treten dann an der Außenseite des Druckbandes erhöhte Temperaturen auf. welche eine starke Wärmedehnung des Druckbandes zur Folge haben, so dehnt sich das thermostatische Korrekturen ment ebenfalls aus, wodurch sich die Spannung des Druckbandes automatisch erhöht. In dieser Weise läßt sich der auf den Umfang des Auslauschspeichers ausgeübte Spanndruck unabhängig von der Temperatur im wesentlichen konstant halten.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind beiderseits des Zahnkranzes zwei mit ihren inneren Rändern einander angenäherte, Hach kegelstumpfförmige Ringstege angeordnet, welche mit ihren äußeren Umfangsflächen eine Laufrinne für am Rahmen des Wärmetauschers gelagerte Rollen bilden, von denen vorhandene Unregelmäßigkeiten der Laufrille nicht zu Spannungen führen, und Änderungen der Abmessungen der Laufrinne auf Grund von Dehnung oder Abnützung sind automatisch ausgleichbar.

Die neue Anordnung bietet den Vorteil, daß die gesamten Antriebseinrichtungen an den Außenrand des Austauschspeichers gelegt sein können. Da am Außenrand des Austauschspeichers kein Gegendruck ausgeübt zu werden braucht, befinden sich die Antnebscinrichtungen in einer Zone mit atmosphärischem Druck und niedriger Temperatur, so daß für ihre Fertigung Werkstoffe mittlerer Qualität verwendbar sind. Außerdem ergibt sich die Möglichkeil, die Antriebseinrichtung durch Zwangsbelüftung mit Umgebungstemperatur zu kühlen.

Die Erfindung wird an Hand in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Im emzcl-

"5 ■ ig., eine schematisierte Axialschniitansicht eines Umlauf-Wärmetauschers gemäß der Erfindung.

Fig.2 eine schematisierte Radialschniitansicht des Wärmetauschers nach F i g. 1,

F i g. 3 eine vergrößerte Teil-Schnittansicht des Wärmetauschers,

F i g. 4 eine Teil-Schnittansicht zur Darstellung einer der elastischen Spannvorrichtungen,

F i g. 5 eine Teildarstellung der fingerartig ineinandergreifenden Endstücke zweier aneinanderstoßender Teilbänder des Druckbandes,

3c F i g. 6 eine Axialschnittansichl der in F i g. 4 gezeigten Spannvorrichtung,

F i g. 7 eine Radialschnittansicht einer anderen Ausführungsform einer elastischen Spannvorrichtung,

F i g. 8 eine Radialschnittansichl einer weiteren Atisführungsform einer elastischen Spannvorrichtung und

F i g. 9 eine Axialschnitlansicht der mit dem Zahnkranz fest verbundenen Laufrinne mit einer Antriebsrolle.

Der in F i g. 1 gezeigte Umlauf-Wärmetauscher hat eine Niederdruck-Heißgasleitung 1 und eine Hochdruck-Kaltgasleitung 2, in welcher ein Kaltgas, wie durch die Pfeile 3 angedeutet, in Gegenrichtung zum Heißgas strömt. Das aktive Teil des Wärmetauschers ist von einem drehbaren Austauschspeicher 4 aus hitzebeständigem Keramikwerkstoff gebildet, welcher in Längsrichtung, d. h. in Richtung der Achse 5 des Auslauschers, von zellenartigen Durchlässen durchsetzt ist. Der Austauschspeicher 4 ist in einer Unterbrechung der beiden Leitungen 1 und 2 derart angeordnet, daß

Wärmetauschers gelagerte Rollen bilden von denen ^^r ^,'unterbrechung der einzelnen Leitungen wenigstens eine auf einer AninebsweUe befes igt _{s 5}o Je Jcwertjge U^ ^ 8.^ ^ ^,^

und eine mit der Außenzahnung des Zahnkranzes in Eingriff stehende Verzahnung trägt.

Diese Anordnung ermöglicht den Antrieb und die Führung des Zahnkranzes sowie eine radiale und axiale Zentrierung der aus dem Austauschspeicher, der wärmeisolierenden Zwischenlage, dem Druckband, den elastischen Spannvorrichtungen und dem Zahnkranz gebildeten drehbaren Einheit.

Diese Einheit stellt eine Untereinheit des Wärmetauschers dar, welche sich vor dem Einbau zusammensetzen und im Falle von Reparaturen insgesamt ausbauen läßt, so daß Wartung und Pflege des Wärmetauschers beträchtlich vereinfacht und erleichtert sind.

Die Lager der Antriebsrolle sind vorzugsweise fest angeordnet, während die wenigstens einer der übrigen Rollen radial beweglich und durch eine in Radialrichtung wirksame elastische Rückführkraft belastet sind. eine solche Ausbildung können gegebenenfalls

aie jeweilige UIiItIUH-^n.,._fe

und 2 in bekannter Weise mittels der Durchlässe überbrückbar ist, wobei eine Wärmeübertragung vom Heißgas zum Kaltgas stattfindet.

An beiden Seiten des Austauschspeichers 4 ist jeweils eine Brille 6 angeordnet, an welcher sich jeweils ein Faltenbalg 7 abdichtend in Anlage befindet. Die Faltenbälge 7 sind mit den Enden der Hochdruck-Kalt gasleitung 2 verbunden. Die Brillen 6 bestimmen da? Größenverhältnis der aktiven Oberflächen 8 und 9, vor welchem der thermische Wirkungsgrad des Auslau schers abhängig ist.

Gemäß der Erfindung ist der Austauschspeieher · entlang seinem Umfang durch ein entlang dem limfan; geführtes elastisches Druckband 10 mit einem im wc sentlichen konstanicn Druck belastet. Zwischen der Austauschspeicher 4 und dem Druckband 10 ist ein wärnieisolierendc Zwischenlage 11 eingelegt. Da Druckband 10 ist aus drei gleich langen, kreisbogenföi

mig verlaufenden Teilbändern 10a, 106 und 10c gebildet, welche mittels dreier elastischer Spannvorrichtungen zusammengefügt sind. Die Spannvorrichtungen 12 greifen jeweils an fingerartig ineinandergreifenden Endstücken zweier aneinanderstoßender Teilbänder an (F i g. 5). In den Ausführungen nach F i g. 2 bis * und 7 enthalten die Spannvorrichtungen 12 jeweils zwei Stützwinkel 12a, 126, welche sich in hakenförmigen Falzen 136 bzw. 13a an den Enden der Teilbänder 106

kehlung 23 des Stützwinkels 12a gehaltener Bolzen 22a in festem Eingriff mit dem Zahnkranz 21 und mittels (nicht dargestellter) Splinte gegen axiale Verschiebung gesichert. Die beiden anderen elastischen Spannvorrichtungen tragen ebenfalls Bolzen 226 bzw. 22c, welche jedoch in Führui.gsschlitzen 246 und 24c im Zahnkranz 21 frei beweglich sind. Die begrenzte Beweglichkeit der Bolzen 226 und 22c in den Schlitzen 246 bzw. 24c in Umfangsrichtung erbringt die vorstehend bereits

und 10a abstützen. Die Stützwinkel 12a und 126 sind io angeführten Vorteile (F ι g. 3).

von einer elastischen Kraft beaufschlagt, welche sie In der Ausführung nach Fig.7 trägt die für die be-

auseinander zu bewegen trachtet. Sie wird von vier wegungsübertragende Verbindung mit dem Zahnkranz

Stapeln 14 etwa kegelstumpfförmiger, paarweise einan- 21 vorgesehene elastische Spannvorrichtung 12 eine

der entgegengesetzt angeordneter Federscheiben aus- Nase 25, welche mit einer Kerbe 26 im Zahnkranz in

geübt Die Federstapel 14 stützen sich an den Innensei- 15 Eingriff ist.

ten der Stützwinkel ab und sind auf daran sitzende, die In der in F i g. 8 gezeigten Ausführung ist der Zapfen Federscheiben unter Spannung zentriert haltende Zap- 17 in einer Bohrung im Zahnkranz 21 gelagert, so daß fen 15 aufgeschoben. ^das Exzenterstück sowohl die bewegungsübertragende Man erkennt, daß der Austauschspeicher in der erfin- Verbindung zwischen dem Zahnkranz und dem Ausdungsgemäßen Anordnung entlang seinem Umfang 20 tauschspeicher als auch die konzentrische Ausrichtung durch das Druckband mit einem hohen Druck einwärts der beiden Teile übernimmt.

belastet ist selbst wenn dieses sich unter Wärmeeinwir- Der Zahnkranz 21 ist fest mit zwei mit ihren inneren

kung ausdehnt. Dies ist dadurch bewirkt, daß die Län- Rändern einander angenäherten, flach kegelstumpfför-

gungen der drei das Druckband bildenden Teilbänder migen Ringstegen 27,28 verbunden (F 1 g. 9). Die äuße-

ieweils von 'den Federscheibenstapeln 14 aufgenom- 25 ren Umfangsflächen 27a und 28a der Ringstege bilden

men werden, welche in einem genügend weiten Bereich eine praktisch konstante, die Stützwinkel auseinander belastende Kraft ausüben.

In einer in Fig.8 gezeigten anderen Ausführungseine Laufrinne für Rollen 29, 30 und 31. Die Rolle 29 sitzt fest auf einer Antriebswelle 32 und trägt eine mit der Außenverzahnung des Zahnkranzes 21 in Eingriff stehende Verzahnung 33. Sie bewirkt somit den An-

form weisen die elastischen Spannvorrichtungen je- 30 trieb des Zahnkranzes 21 und damit des Austauschspei-

weils eine Blattfeder 16 auf, welche sich mit ihren Enden 16a bzw. 166 mit den Falzen 136 und 13a an den Enden der Teilbänder 106 und 10a im Eingriff befindet. Die Stellung des Mittelteils 16c der Blattfeder 16 ist

chers

Die Lager 34 der Antriebsrolle 29 sind in bezug auf den Rahmen 35 des Wärmetauschers fest angeordnet, während die der Rolle 31 radial beweglich und, bei-

mittels einer Stelleinrichtung in bezug auf das Druck- 35 spielsweise durch eine Feder 36, elastisch radial ein

band 10 ein bzw. feststellbar. Die Stelleinrichtung ist durch ein Exzenterstück mit zwei exzentrisch zueinander angeordneten Zapfen 17 und 18 gebildet. Die Achse des Zapfens 17 ist gegenüber dem Druckband 10 unverrückbar, während sich die Achse des Zapfens 18 durch Verdrehen des Zapfens 17 gegenüber dem Druckband verstellen läßt. Der Zapfen 18 stützt sich auf einer fest mit der Blattfeder 16 verbundenen Lagerschale 19 ab, so daß sich die Spannung der Feder 16 und damit des Druckbandes 10 durch Verdrehen des Exzenterstücks verändern läßt

Bei dieser Ausführungsform ist an wenigstens einer der elastischen Spannvorrichtungen, deren eine F i g. 8 zeigt, ein thermostatisches Korrckturelemenl 20, bei-

wärts belastet sind (F i g. 2). In dieser Weise bewirken die drei Rollen eine sichere Axial- und Radialführung des Zahnkranzes, wobei gegebenenfalls auftretende Spannungen oder übermäßiges Spiel durch die radiale Beweglichkeit der Lager der Rolle 31 ausgeglichen werden.

Die drehbare Einheit des Austauschers ist in einem Gehäuse 37 angeordnet, welches eine mit der Heißgasleitung 1 strömungsverbundene Niederdruckkammer umschließt (Fig. 1). Die Abdichtung zwischen dieser Kammer und den unter atmosphärischem Druck stehenden Antriebseinrichtungen ist mittels von Biattfe dem 39 gehaltener Randdichtungen 38 bewirkt, weicht im Zusammenwirken mit Wärme-Abschirmwänden 4<

spielsweise eine Aneroiddose zwischen der Lagerscha- 50 Leckgase nach außen ableiten, so daß diese die An

triebseinrichtungen nicht unzulässig stark erwärmei können.

Die Antriebseinrichtungen sind mittels Luft mit at mopshärischem Druck und niedriger Temperatu

Ie 19 und dem Mittelteil der Blattfeder 16 eingesetzt, woraus sich der vorstehend angeführte Vorteil eines zusätzlichen Ausgleichs ergibt.

Die Ausbildung der Antriebseinrichtungen für den

drehbaren Austauschspeicher ist aus F i g. 1,4 und 7 bis 55 zwangsbelüftet, wie durch die Pfeile 41 in F i g. 2 ange

9 ersichtlich. Sie enthalten einen entlang dem Umfang deutet.

des Austauschspeichers 4 koaxial mit diesem angeord- Man erkennt, daß die Antriebseinrichtungen für dei

neten außenverzahnten Zahnkranz 21. Eine bewe- Austauschspeicher sicher vor überhöhten Temperatu

gungsübertragende Verbindung zwischen dem Zahn- ren geschützt sind. Sie können daher aus Werkstoffe!

kranz 21 und dem Austauschspcichcr 4 ist durch eine 60 von nicht mehr als durchschnittlicher Qualität gefertig

der drei elastischen Spannvorrichtungen gebildet. Dazu sein, wodurch sich der Gestehungspreis des Wärmetau

ist ein in radialer Richtung unbeweglich in einer Aus- schers senken läßt.

Hierzu 5 Blatt Zfichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Umlauf-Wärmetauscher mit einer Heißgasleitung, einer Kaltgasleitung und einem in einer Unterbrechung der beiden Leitungen angeordneten drehbaren Austauschspeicher aus hitzebeständigem Material, welcher in Axialrichtung von zellenartigen Durchlässen zum Überbrücken der Unterbrechung der beiden Leitungen durchsetzt ist, wobei um den Auslauschspeicher herum ein damit koaxialer, außen verzahnter Antriebs-Zahnkranz angeordnet und zwischen dem Zahnkranz und dem Austauschspeicher ein dessen Umfangsfläche belastendes, elastisches Druckband befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckband (IC) aus kreisbogenförmigen dünnen Teiioändern (10a, 106, 1Of) besteht, welche auf der ganzen Breite des Umfanges des Austauschspeichers (4) anliegen und durch elastische Spannvorrichtungen (12) verbunden sind, die zwischen fingerartig ineinandergreifenden Endstücken jeweils zweier benachbarter Teilbänder wirken, und daß eine schmiegsame wärmeisolierende Zwischenlage (11) zwischen den Teilbändern (10a, 106, 10c) und der Umfangsfläche des Austauschspeichers (4) eingelegt ist, wobei mindestens eine der elastischen Spannvorrichtungen (12) an dem Zahnkranz (21) starr befestigt ist, während die anderen Spannvorrichtungen (12) in geringem Maße in Umfangsrichtung beweglich sind (F i g. 3).

2. Umlauf-Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elastischen Spannvorrichtungen (12) jeweils zwei Stützwinkel (12a, 126) aufweisen, welche sich jeweils in einem hakenförmigen Falz (13a, 136) am Ende der Teilbänder (10a, 106) abstützen und von einer sie auseinandertreibenden elastischen Kraft beaufschlagt sind (F ig-7,8).

3. Umlauf-Wärmetauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elastischen Spannvorrichtungen (12) jeweils einen zwischen den Innenseiten der Stützwinkel (12a, 126) eingesetzten und auf einen an den Stützwinkeln sitzenden Zapfen (15) aufgeschobenen Federscheibenstapel (14) aufweisen (F i g. 7).

4. Umlauf-Wärmerauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elastischen Spannvorrichtungen (12) jeweils eine Blattfeder (16) aufweisen, welche sich mit ihren Enden (166, 16a) jeweils in dem hakenförmigen Falz (13a, 136) am Ende der Teilbänder (10a, 106) abstützt, und daß das Mittelteil der Blattfeder (16) mittels eines Exzenterstückes (17, 18) in bezug auf das Druckband (4) ein- bzw. feststellbar ist (F i g. 8).

5. Umlauf-Wärmetauscher nach Anspruch 4, dadurch «ekennzeichnet, daß an wenigstens einer der elastischen Spannvorrichtungen (12) ein thermostatisches Korrckturelement (20) zwischen dem Exzenter (18) und dem Mittelteil (16c·) der Blattfeder (16) eingesetzt ist (F i g. 8).

6. Umlauf-Wärmetauscher nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß beiderseits des Zahnkranzes (21) zwei mit ihren inneren Rändern einander angenäherte, flach kegclstuinpfförmige Ringstege (27, 28) angeordnet sind, welche mit ihren äußeren Umfangsflächcn (27a, 28a) eine Laufrille für am Rahmen (35) des Wärmetauschers gelagerte Rollen (29, 20,31) bilden, von denen wenigstens eine auf einer Antriebswelle (32) befestigt ist und eine mit der Außenverzahnung des Zahnkranzes (21) in Eingriff stehende Verzah nung'33) trägt(F ig.9).