DE2423480A1

DE2423480A1 - Regenerativwaermeaustauscher

Info

Publication number: DE2423480A1
Application number: DE2423480A
Authority: DE
Inventors: Karl Robert Ambjoern Oestbo
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1973-05-17
Filing date: 1974-05-15
Publication date: 1974-12-05
Also published as: CA998384A; IT1016042B; BR7403929D0; SE379419B; FR2229941A1; US3990503A; GB1424987A; FI147974A; FR2229941B3; JPS5019040A; NO135798C; NO135798B; CH581303A5; NO741725L

Description

PATENTANWALTS

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Herr Karl Robert Ambjörn ÖSTBO, Göteborg, Schweden

Regenerativwärmeaustauscher

Die Erfindung betrifft einen Regenerativwärmeaustauscher, insbesondere zur Luftvorerhitzung mit einem drehbaren Körper, der in einem zylihderförmigen Gehäuse angeordnet ist, das so unterteilt ist, dass wenigstens ein Durchflusskanal für ein Wärme abgebendes Medium und wenigstens ein Durchflusskanal für ein Wärme aufnehmendes Medium gebildet ist.

Es besteht die Aufgabe, einen solchen Wärmeaustauscher einfach und mit niedrigen Kosten aufzubauen, wobei der Wärmeaustauscher sehr gute Wärmeübergangseigenschaften besitzen soll.

Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe bei einem. Wärmeaustauscher der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass der Korper aus mehreren, gegenseitig räumlich getrennten, auf einer drehbaren Welle befestigten, perforierten Scheiben besteht, dass das Ge-

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häuse mit mehreren Reihen von stabförmigen Bauteilen versehen ist, die von der Aussenwand des Gehäuses radial nach innen.abstehen, und dass von den Reihen von stabförmigen Bauteilen Scheidewände zwischen Durchflusskanälen gebildet sind, wozu wenigstens zwei stabförmige Bauteile, die unterschiedlichen Reihen angehören, in den Raum, zwischen zwei Scheiben eingepasst sind.

Im folgenden wird der erfindungsgemässe Wärmeaustauscher beispielhaft anhand der Figuren 1 bis 6 näher erläutert, In denen verschiedene Ausführungsbeispiele dargestellt sind. Es zeigt:

Figur 1· eine schematische, perspektivische Ansicht eines horizontal liegenden Luftvorerhitzers gemäss der Erfindung, der zwei Durchflusskanäle aufweist j

Figur 2 einen Querschnitt durch den Luftvorerhitzer gemäss Figur 1, wobei die obere Hälfte den Mittelteil.des Gehäuses und die untere Hälfte seinen Endbereich darstellt;

Figur 3 teilweise im Schnitt eine Seitenansicht des einen Endes des Luftvorerhitzers gemäss Figur 1;

Figur 4· die schema tische, perspektivische Ansicht eines vertikal stehenden Luftvorerhitzers mit vier Burchflusskanälen, bei dem ein Teil der Aussenwand dea Gehäuses weggelassen wurde;

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Figur 5 ein anderes Ausführungsbeispiel für die stabförmigen Bauteile und die Befestigung der Scheiben;

Figur 6 ein weiteres Ausführungsbeispiel für die stabförmigen Bauteile.,

Der in Figur 1 gezeigte Luftvorerhitzer besitzt ein zylinderförmiges Gehäuse 10, das konzentrisch eine Welle 11 umschliesst. Auf der Welle 11 sind mehrere, perforierte Scheiben 12 in Abstand zueinander so befestigt, dass sie zusammen mit der Welle 11 gedreht werden können. Die Welle 11 wird in geeigneter Weise durch einen Motor 13 angetrieben.

Das Gehäuse 10 wird etwa in einer Ebene, die seiner Längsachse im wesentlichen parallel ist, in noch näher zu erläuternder Weise in zwei Durchflusskanäle 14 und 15 unterteilt. Der Durchflusskanal 14 ist für den zu erhitzenden Luftstrom vorgesehen und besitzt einen Zufluss 14a und einen Abfluss 14b. Der andere Durchflusskanal 15, der für den Wärme abgebenden Gasstrom vorgesehen ist, besitzt einen Zufluss 15a und einen Abfluss 15b. Die Zu- und Abflüsse sind so angeordnet, dass die Gase den Vorerhitzer im Gegenstrom durchströmen.

Im Hauptteil des Gehäuses sind die beiden Durchflusskanäle 14

und 15 iait zwei Reihen von stabförmigen Bauteilen getrennt-, die im Ausführungsbeispiel Stäbe 16 sind. Diese Eeihen von Stäben 16 ragen von der Aussenwand des Gehäuses 10 ungefähr bis zur

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Welle 11 radial nach innen. Die Stabreihen sind diametral entgegengesetzt zueinander angeordnet und jeweils ein Stab 16 jeder Reihe ist zwischen zwei benachbarte Scheiben 12 eingepasst.

Der durch diese Scheiben 12 gebildete Körper ist kurzer als das Gehäuse. In jedem Gehäuseende bleibt daher freier Baum, der mit den Zu- und Abflüssen der Durchflusskanäle 14 und 15 in Verbindung steht. Diese freien Bäume sind mit Trennwänden 17 und 18 jeweils in eine Verteiler- und eine Sammelkammer unterteilt. Dabei liegen die Trennwände 17 und 18 in der Verlängerung der Reihen von Stäben 16.

In längeren Gehäusen 10 können ein oder mehrere Lager 19 für die Welle 11 zwischen den Gehäuseenden angeordnet sein. Diese Lager werden durch Vor Sprünge 20 der Gehäuse wandung getragen, die gleichfalls mit den Stabreihen fluchten und dazu dienen, die Durchflusskanäle 14 und 15 zwischen den beiden Scheiben 12 zu formen, die an jeder Seite eines Lagers 19 angeordnet sind.

Die Scheiben 12 können aus einem geeigneten, Wärme absorbierenden Material hergestellt sein. Sie besitzen eine Dicke, die die Ausbildung geeigneter öffnungen für den Strom der Gase ermöglicht. Bei allen Scheiben 12 ist immer eine Hälfte im Wärme abgebenden Gasstrom und die andere Hälfte befindet sich i Wärme aufnehmenden Luftstrom.

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Da die Scheiben 12 kontinuierlich gedreht werden, absorbieren die Teile der Scheiben Wärme, die sich momentan im heissen Gasstrom befinden. Die anderen Hälften der gleichen Scheiben bewegen sich gleichzeitig durch den Luftstrom und geben die Wärme an die Luft ab, die sie vorher im anderen Durchflusskanal absorbiert haben.

Die Stäbe 16 stehen freitragend von der Wandung des Gehäuses IO ab und ihre Befestigung und ihre Form entspricht der Grosse des Luftvorerhitzers und den zu bewältigenden Temperaturen.

Das Ausführungsbeispiel betrifft einen Luftvorerhitzer. Es können jedoch auch andere Typen von Wärmeaustauschern erfindungsgemäss ausgebildet werden, bei denen Wärme, beispielsweise zur Mhlung zwischen zwei strömenden Gasmedien auszutauschen ist. Im Ausführungsbeispiel nach Figur 1 liegen die Stabreihen diametral zueinander, wodurch zwei Durchflusskanäle 14 und 15 mit ungefähr dem gleichen Querschnitt gebildet werden. Es ist jedoch offensichtlich, dass es bei grösseren Temperaturdifferenzen zwischen den beiden Medien vorteilhaft sein kann, beide Reihen in einem bestimmten Winkel zueinander verlaufen zu lassen. Damit wird der Querschnitt des einen Durchflusskanals grosser aLs der des anderen.

Das Gehäuse 10 wurde als zylindrisch bezeichnet. Das entspricht natürlich seiner inneren Ausgestaltung. Die äussere Form des Gehäuses 10 kann lokalen Bedingungen entsprechen und ist so ge-

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formt, dass die Zu- und Abflüsse für die Medien günstig angebracht werden können.

Das Gehäuse kann in zwei Hälften unterteilt sein, die zusammengefügt sind; oder es kann mit Mannlöchern versehen sein, damit der Drehkörper leicht zugänglich ist. Die Welle kann unterteilt und mit Verbindungsflanschen versehen sein, so dass der Drehkörper oder Teile des Körpers zur Wartung und Inspektion leicht entfernt und wieder eingesetzt werden können.

Figur 4· zeigt einen vertikal stehenden Luftvorerhitzer mit vier Durchflusskanälen. Die umhüllende Wand ist mit 10 bezeich^- net und es sind vier Reihen von stabförmigen Bauelementen, die wiederum Stäbe 16 sind, in zwei senkrecht zueinander stehenden Ebenen diametral zueinander angeordnet. Dadurch werden vier . Durchflusskanäle gebildet, die mit einem Zufluss 14a für die Luft und mit einem Zufluss 15a für das Verbrennungsgas so verbunden sind, dass in zwei diametral zueinander liegenden Durchflusskanälen die Luft und in den beiden dazwischen liegenden Durchflusskanälen das Verbrennungsgas strömt. Die Luft und das Verbrennungsgas verlassen den Vorerhitzer über die Abflüsse und 15b.

Der Antriebsmotor 13 ist oben auf das Gehäuse 10 aufgesetzt und die Gehäuseräume, die sich ausserhalb des durch die Scheiben 12 gebildeten Eörpers befinden, sind mit vier radial stehenden trennwänden 17 und 18 unterteilt. Um die Strömung zwischen be-

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nachbarten Durchflusskanälen möglichst klein zu halten, ist die Druckdifferenz zwischen den beiden Medien im Gehäuse so klein wie möglich. Um dies zu erreichen, ist vorgesehen, dass die Medien das Gehäuse in der gleichen Richtung durchströmen.

Die Figuren 5 und 6 zeigen unterschiedliche Ausführungsformen der stabförmigen Bauelemente und der Scheibenbefestigung auf der Welle 11.

Der Figur 5 ist zu entnehmen, dass die einzelnen Scheiben 12 durch Abstandsringe 25 entsprechender Dicke getrennt sind. Das aus Scheiben 12 und Ab Standsringen 25 bestehende Paket ist gegen ein Widerlager 26 (Figur 6) mittels einer Mutter 27 gepresst. Durch diese Anordnung werden die Scheiben 12 auf der Welle 11 befestigt und eine Winkelverschiebung um die Welle 11 wird verhindert.

Die Scheiben 12 sind so auf der Welle 11 befestigt, dass benachbarte Scheiben eine Winkelverschiebung gegeneinander besitzen, so dass die Medien nicht gradlinig den Körper durchflies sen, sondern ihren Strömungswegen fortlaufend eine Richtungsänderung aufgeprägt wird.

Im Ausfuhrungsbeispiel nach Figur 1 s sehen die Stäbe 16 freitragend vom Gehäuse in Richtung der Welle ab. Im Ausfuhrungsbeispiel nach Figur 5 sind als stabförmige Bauelemente Walzen 28 vorgesehen. Das eine Ende jeder Walze 28 ist drehbar im Ge-

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häuse und das andere Ende drehbar in einem Sing 33 gelagert, der freibeweglich "bezüglich des Abstandsringes 25 und damit bezüglich der Welle 11 ist.

Die stabförmigen Bauteile sind damit besser gelagert und gehalten und bremsen die Bewegung der Scheiben nicht, mit denen sie zufällig in Berührung kommen können.

Figur 6 zeigt eine Ausführungsform, die noch besser ist und mit der man eine gute Abdichtung erhält. Jedes stabförmige Bauelement besteht bei dieser Ausführungsform aus zwei Walzen 29 und 30. Die Walzen 29 und 30 sind einzeln an einem Ende in einer Kapsel 31 und am anderen Ende in einem freibeweglichen Ring 32 drehbar gelagert.

Jede der Walzen 29 und 30 berührt die benachbarte Scheibe 12 und beide Walzen berühren sich gegenseitig, so dass sie den Baum zwischen den Scheiben 12 völlig abschliessen.

Dreht man die Scheiben in eine Sichtung, so drehen sich die Hollen in der entgegengesetzten Sichtung, dies ist bezüglich der Bewegung in der Berührungsfläche zwischen den Walzen wünschenswert.

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Claims

Patentansprüche

ί 1} Regenerativwärmeaustauscher, insbesondere zur Luftvorerhitzung, mit einem drehbaren Körper, der in einem zylinderförmigen Gehäuse angeordnet ist, das so unterteilt ist, dass wenigstens ein Durchflusskanal für ein Wärme abgebendes Medium und wenigstens ein Durchflusskanal für ein Wärme aufnehmendes Medium gebildet ist, dadurch gekennzeich-τ'' net, dass der Körper aus mehreren, gegenseitig räumlich getrennten, auf einer drehbaren Welle (11) befestigten, perforierten Scheiben .(12)'besteht, dass das Gehäuse (10) mit mehreren Reihen von stabförmigen Bauteilen (16; 28; 29 und 30) versehen ist, die von der Aussenwand des Gehäuses radial nach innen abstehen, und dass von den Reihen von stabförmigen Bauteilen Scheidewände zwischen Durchflusska-* nälen gebildet sind, wozu wenigstens zwei stabförmige Bauteile, die unterschiedlichen Reihen angehören, in den Raum zwischen zwei Scheiben eingepasst sind.
2. Regenerativwärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (10) länger als der drehbare Körper (11, 12) ist, dass in den Endbereichen des Gehäuses, die ausserhalb des Bereichs des Körpers liegen, Zu- und Abflüsse (14-a, 15a bzw. 14b, 1>b) für die beiden Medien am Gehäuse befestigt sind, und dass in den Endbereichen des Gehäuses feste Trennwände (17, 18) angeordnet sind, die in Verlängerung der Reihen von stabförmigen Bau-

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teilen (16; 28; 29 und 30) liegen und die Ehdbereich des Gehäuses in Verteiler- und Sammelräume für die Medien unterteilen.
3. Regenerativwärmeaustauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (11) im Gehäuse (10) in wenigstens einem Lager (19) gelagert ist, das an Vorsprüngen (20) der Aussenwand des Gehäuses befestigt ist, die mit einer Reihe von stabförmigen Bauteilen (16j 28; 29 und 30) fluchten, und dass die Vorsprünge zwischen Scheiben (12) liegen, die sich an gegenüberliegenden Seiten des Lagers befinden.
4-, Regenerativwärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Gehäuse (10) zwei Reihen von stabförmigen Bauteilen (16; 28; 29 und 30) diametral zueinander angeordnet sind und zwei Durchflusskanäle (14, 15) bilden.
5· Regenerativwärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Gehäuse (10) vier Reihen von stabförmigen Bauteilen (16; 28; 29 und 30) in zwei aufeinander im wesentlichen senkrecht stehenden Ebenen, diametral zueinander angeordnet sind und vier Durchflusskanäle bilden.
6. Regenerativwärmeaustauscher nach Anspruch 4- oder 5» da-

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durch gekennzeichnet, dass die Zu- und Abflüsse (14a, bzw. 14b, 15b) so am Gehäuse (10) angeordnet sind, dass die Medien die Durchflusskanäle (14, I5) in entgegengesetzter Richtung und somit im Gegenstrom durchströmen.
7. Eegenerativwärmeaustauscher nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zu- und Abflüsse (14a, 15a bzw. 14b, 15b) so am Gehäuse (10) angeordnet sind, dass die Medien die Durchflusskanäle (14, I5) in gleicher Richtung durchströmen.
8. Eegenerativwärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 7j dadurch gekennzeichnet, dass jedes stabförmige Bauteil eine Walze (28) ist", die im Gehäuse (10) und in einem Sing (33) drehbar gelagert ist, der um die Welle (11) frei drehbar ist.
9. Eegenerativwärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 7t dadurch gekennzeichnet, dass jedes stabförmige Bauteil aus zwei parallel zueinander liegenden Walzen (29, 30) aufgebaut ist, dass die Walzen sich gegenseitig und die beiden angrenzenden Scheiben (12) berühren und dass die Walzen im Gehäuse (10) und in einem Eing (32) drehbar gelagerb sind, der um die Welle (11) frei drehbar ist.
10. Eegenerativwärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1

bis 9» dadurch gekennzeichnet, dass abwechselnd eine Schei-

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be (12) iand ein Abstandsring (25) auf die Welle (11) geschoben sind und dass Scheiben und Abstandsringe mit einer Mutter (27) gegen ein Widerlager (26) gepresst sind, um einen Körper zu bilden, der mit der Welle drehbar ist.

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