DE2443989A1 - Rotations-vorwaermwaermetauscher - Google Patents

Description

Rotations-Vorwärmwärmetaus eher

Die Erfindung betrifft Rotore für Rotations-Vorwärmwärmetaus eher.

Bekannte Rotore für Rotations-Vorwärmwärmetauseher umfassen einen einstückigen bzw. einheitlichen Körper aus Matrixmaterial. Für viele Anwendunera zwecke weisen solche Rotore jedoch erhebliche Nachteile auf. Beispielsweise hat man auf dem Gebiet der Gasturbinentriebwerke, wie selbstbewegender Gasturbinentriebwerke ,mit einstückigen V7ärmetauscherrotoren aus Keramik oder Glas/Keramikmaterial ausgedehnte Versuche, insbesondere in den Vereinigten Staaten von Amerika und in Großbritannien durchgeführt. Trotz er-

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heblicher Entwicklungsarbeit haben sich derartige Rotoren als vollkommen unzufriedenstellend erwiesen, und zwar vorallem deshalb weil ein einstückiger Matrixkörper nicht im Stande ist, die thermischen Beanspruchungen auszuhalten, denen er im Betrieb ausgesetzt ist.

Ein weiteres offenes Problem bei bekannten Rotoren im Hinblick auf solche Anwendungen ist die Dichtung zwischen dem sich bewegenden Rotor und dem stationären Gehäuse in welchem der Rotor angeordnet ist. Alle Versuche, eine wirksame Abdichtung durch Anbringung einer geeigneten Dichtung an dem Matrixmaterial sicherzustellen sind gescheitert.*

Die Erfindung überwindet diese Probleme, die im Zusammenhang mit einstückigen Rotorkonstruktionen auftreten.

Ein Rotor nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß das Matrixmaterial aus mehreren getrennten Einzelkörpern besteht, und das der Rotor aus mehreren Modulen aufgebaut ist, von denen jeder Strömungsöffnungen für das Gas aufweist und wenigstens einen Körper aus Matrixmaterial aufweist.

Die Erfindung isoliert auf diese Weise das Matrixmaterial, so daß es nur eine Wärmeaustauschfunktion zu erfüllen hat. Thermische Wirkungen in einem Matrixkörper beeinflussen andere Matrixkörper nicht, so daß die thermischen Spannungen auf ein Minimum reduziert sind.

Eine nur einigermaßen vernünftige Dichtung ist nur zwischen jedem Modul und dem darin befindlichen Matrixmaterial notwendig, und diese Dichtung ist statisch, nicht dynamisch. Im Betrieb erfolat die dynamische Abdichtung zwischen dem Fotor als ganzem und dem Gehäuse für den Rotor nicht an der Oberfläche der Matrix sondern an den Oberflächen der Module, so daß wiederrum thermische Spannungen und deren Einflüße auf die dynamische Dichtung weitgehend minimalisiert sind.

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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung. Auf dieser ist

Fig. 1 eine schematische dreidimensiale Explosionsansicht eines Moduls,

Fig. 2 eine vergrößerte Detailansicht der in Fig. gezeigten Matrix,

Fig. 3 einen Schnitt durch den zusammengesetzten Modul gemäß Fig. 1,

Fig.4 . eine schematische dreidimensionale Ansicht eines Rotors mit Modulen der in den Fiq. 1 bis 3 gezeigten Art und von zusammen mit dem Rotor verwendeten Dichtungen, wobei die Dichtungen aus Gründen größerer Übersichtlichkeit aus ihrer Arbeitsstellung ausgerückt gezeichnet sind,

Fig. 5 eine schematische dreidimensionale Ansicht einer zweiten Ausführungsform eines Moduls,

Fig. 6 eine vergrößerte Detailansicht der inFig. gezeigten Matrix,

Fig. 7 einen Schnitt durch den zusammengesetzten Modul der Fig. 5,

Fig. 8 eine schematische dreidimensiale Explosionsansicht einer dritten Ausführungsform eines Moduls,

Fig. 9 eine vergrößerte Detailansicht der in Fig. gezeigten Matrix,

Fig. 10 eine schematische dreidimensionale Ansicht einer zweiten Ausführungsform eines Rotors mit Modulen der in den Fig. 8 und 9 gezeigten Art und mit zusammen mit dem Rotor verwendeten

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Dichtungen, wobei die Dichtungen aus Gründen größerer Klarheit aus ihrer Arbeitsstellung ausgerückt gezeichnet sind,

Fig. 11 ein Teilaufriß einer vierten Ausführungsform eines Moduls in einer dritten Ausführunasform eines Rotors, wobei aus Gründen größerer Klarheit darüberliegende Teile teilweise weggelassen sind,

Fig. 12 ein teilweiser Zentralschnitt durch den in Fig. 11 gezeigten Rotor und

Fig. 13 ein teilweiser Zentralschnitt durch eine fünfte Ausführungsform eines Moduls in einer vierten Ausführungsform eines Rotors.

Die Fig. 1 bis 3 zeigen einen Modul 1o, welcher aus einem sektorförmigen Kasten 12 mit einer Frontabdeckung 14 und einer Rückabdeckung 16 aufgebaut ist. Der Modul enthält einen Körper aus Matrixmaterial in Form eines sektorförmigen Blocks 18,welcher in seiner Form so aufgebaut ist, das er in den Kasten 12 hinein paßt.

Die Frontabdeckung 14 und die Rückabdeckung 16 weisen jeweils vier kreisförmige durchgehende öffnungen auf.

Fig. 3 zeigt den Aufbau des Moduls im Detail. Die Frontabdeckung 14 umfaßt eine Dichtung 20, welche in den Kasten 12 hineinpaßt und mit inneren Aussparungen 22 versehen ist, in welche der Block 18 der Matrix dichtend hineinpaßt. Die Rückabdeckung 16 weist eine Pippe 24 auf, die sich außenherumerstreckt, wobei auch die Rippe 24 in den Kasten 12 hineinpaßt. Die Rippe 24 weist Schlitze 26 auf, die über ihren gesamten Umfang verteilt sind, und die dafür sorgen, das kühle Luft den Raum zwischen dem Matrixblock 18 und den Seiten

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des Kastens 12 erreicht. Die Rippe 24 weist ferner eine Ausnehmung 28 zur Aufnahme des Blocks 18 auf.

Fig. 2 zeigt den Block 18 aus Matrixmaterial im Detail. Er umfaßt abwechselnd ebene Platten 30 und gewellte Platten 32, die ein* Feld von sich parallel durch den Block 18 von vorne nach hinten erstreckenden Kanälen definieren. Die zu den Kanälen parallelen Seiten des Blocks 18 sind undurchlässig.

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Der Kasten, die Front abdeckung, die .Rückabdeckung und die Matrix sind bevorzugt alle aus Keramikmaterial, wie beispielsweise Siliciumnitrid, hergestellt. Es ist jedoch auch möglich andere Materialien hierfür zu verwenden oder Keramikmaterial nur für eine öder einige der Komponenten zu verwenden. So kann beispielsweise die Frontabdeckung 14 aus Keramikmaterial bestehen, während die anderen Komponenten aus Metall hergestellt sind. Oder es kann beispielsweise nur die Matrix aus Keramikmaterial bestehen, oder, in einer anderen Ausführungsform, nur die Frontabdeckung und die Matrix.

Es liegt im Rahmen der Erfindung, alle Komponenten aus Metall herzustellen.

Fig. 4 zeigt zwanzig der Module 10, die zu einem scheibenförmigen Rotor 50 zusammengefügt sind. Die Module werden in ihrer Stellung durch ein Stahlband gehalten, welches die Module 10 entlang ihrer Außenwände umgiebt.

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Der Rotor ist so eingerichtet, daß er in Betrieb in gleitender Berührung mit den zwei feststehenden Dichtungen 54 und 56 steht, die nur aus Gründen der Klarheit getrennnt vom Rotor 50 dargestellt sind.

Jede der Dichtungen ist eine dünne, flexible Konstruktion, die sich den Dichtflächen des Rotors 50 unter allen Bedingungen anpaßt. Ein Beispiel einer solchen Dichtung ist im einzelnen in der DT-OS 1 921 919 beschrieben, so daß sich eine weitere Beschreibung der Dichtungen 54 und 56 hier erübrigt.

Die Vorderseite der Frontabdeckung 14 und die Rückseite der Rückabdeckung 16 sind Dichtflächen, welche zusammen die Rotordichtflächen bilden, an denen die Dichtungen 54 und 56 angreifen.

Im Betrieb würde heißes Abgas von beispielsweise einer Gasturbine durch den Rotor 50 von links nach rechts in Fig. 4, das heißt durch jeden der Module 10 von links nach rechts in Fig. 3 strömen. Das heiße Gas wurde hierbei in zwei Strömen durch die beiden öffnungen, beispielsweise 60 und 62 in der Dichtung 54 und die öffnungen 64 und 66 in der Dichtung 56 strömen.

Gleichzeitig würde kalte Luft in die Turbine gezogen werden, nachdem sie den Rotor 50 von rechts nach links (Fig. 4) in zwei Strömen durchströmt hat. Eine der beiden Strömen verläuft durch die öffnung 70 in der Dichtung 56 und die öffnung 74 in der Dichtung 54. Der andere der beiden Ströme verläuft durch die öffnung in der Dichtung 56, die durch den Rotor 50 verdeckt ist, und durch die öffnung 76 in der Dichtung 54.

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Der Rotor 50 wird durch die Turbine gedreht und die ankommende kalte Luft nimmt Wärme auf, während sie durch die Matrixblöcke 18 strömmt, die kontinuierlich wieder erwärmt werden, während sie sich aus den Kaltluftströmen herausbewegen und das heiße Abgas durchqueren (und von diesem durchquert werden).

Eine hochwirksame Dichtung wird nur zwischen den Dichtflächen des Moduls und den mit ihnen in Berührung stehenden Flächen der Dichtungen 54 und 56 benötigt. Zwischen der Dichtung 20 und dem Matrixblock 18 in jedem Modul sind dagegen nur solche Dichtverhältnisse vonnöten, die gerade verhindern, daß das Gas am Matrixblock 18 vorbeiströmmt.

Die Fig. 5 bis 7 zeigen eine zweite Aus führungs form eines Moduls, die der eben beschriebenen ähnlich ist, sich jedoch in Einzelheiten unterscheidet*

Der Modul besteht aus vorderen und hinteren Kastenteilen 80 und 82, vorderen und hinteren Dichtungen 84 und 86 und einem Matrixblock 88.

Jeder Kastenteil weist acht durchgehende öffnungen auf.

Fig. 7 zeigt den Aufbau im Detail. Die Dichtung 84 paßt innen in den vorderen Kastenteil 80 und weist eine Ausnehmung 90 auf, in welcher der Matrixblock dichtend angeordnet ist. Die Dichtung 86 paßt innen in den hinteren Kastenteil 82 und weist eine Ausnehmung 92 auf, in welcher der Matrixblock 88 angeordnet ist. Die Dichtung 86 weist Schlitze 9 4 auf, die sich längs des gesamten Umfangs des Kastenteils

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erstrecken und den gleichen Zweck haben wie die Schlitze 26.

Fig. 6 zeigt die Matrix 88 im Detaill Sie besteht aus einem Keramikschaum mit einer offenen Zellstruktur, so daß also die einzelnen Zellen miteinander in Verbindung stehen. Die Seiten der Matrix sind undurchlässig. Beispielsweise können die Seiten abgedichtet werden, indem man an den Seiten des Schaumblocks undurchlässige Keramikschichten anbringt.

Wie im Falle des in den Fig. 1 bis 3 gezeioten Moduls, kann der Modul der Fia. 5 bis 7 gänzlich oder teilweise aus Keramikmaterial, wie Siliciumnitrid oder anderer Keramik bestehen, oder aber er kann eine Ganzmetallkonstruktion sein.

Die Module der Ficr. 5 bis 7 sind so eingerichtet, daß sie in einer der Fig. 4 ähnlichen Weise zusammenpassen und einen Rotor bilden, der ähnlich wie der oben beschriebene arbeitet. Die heißen Abgasströme würden von links nach rechts, bei Betrachtung gemäß Fig. 7, durch jeden Modul strömen. Der vordere Kastenteil 80 würde daher die höchsten Temperaturen aushalten müssen, und könnte daher vorteilhafterweise aus Keramikmaterial hergestellt sein, und zwar auch dann wenn die anderen Komponenten aus Metall sein sollten.

Fig. 8 und 9 zeigen eine dritte Ausführungsform eines Moduls, der sich zur Verwendung in einem trommelförmigen Rotor eignet.

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Der Modul besteht aus einem langgestreckten Kasten 100 mit einem sektorförmigen Querschnitt und weist in seinen radial innen und außen gelegenen Wänden 102 und 104,die teilzylindrisch aufgebaut sind, durchaehende öffnungen auf. Der Kasten 100 hat sektorförmige Endwände 106 und 108 und enthält Matrixmaterial 110.

Fig. 9 zeigt die Matrix im Detail. Sie besteht aus einer gestapelten Anordnung von Platten aus Keramikmaterial, wie Siliciumnitrid beispielsweise, wobei jede Platte Rippen oder Wellen auf einer Seite aufweist, mit denen sie auf der ebenen Seite der angrenzenden Platte aufliegt.

Fig. 10 zeigt zwanzig der Module der Fig. 8, die zu einem trommeiförmigen Rotor 200 zusammengesteilt sind, an welchem innen bzw. diesen umgebend die feststehenden Dichtanordnungen 202 bzw. 204 angreifen(Die Dichtanordnungen sind aus Gründen größerer Klarheit aus ihrer Arbeitsstellung herausgerückt gezeichnet).

Jede DichtanOrdnung umfaßt vier Abschnitte, von denen sich jeder über ein Viertel des gesamten Dichtungsumfangs erstreckt, so daß die Anordnung 202 die vier Abschnitte 206, 208, 210 und 212 und die Anordnung 204 die vier Abschnitte 214, 216, 218 und 220 aufweist.

Jede Dichtung ist eine flexible Konstruktion und kann ähnlich aufgebaut sein wie diejenige, die in der britischen Patentschrift Nr. 1. 267 805 der Anmelderin beschrieben ist. Jede Anordnung definiert vier Öffnungen, so daß die Anordnungen zusammen vier radiale Strömungspfade durch den

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trommeiförmigen Rotor 200 definieren. Zwei der Pfade, diametrial gegenüberliegend sind die Pfade für zwei Heißgasströme, und die beiden anderen diametrial gegenüberliegende Pfade sind die Pfade für zwei Kaltgasströme.

Alle beschriebenen Au sfüh rungs forme η haben folgende Vorteile:

(1) thermische Verformungen können durch geeignete Wahl der Form und GrößenVerhältnisse der Module auf ein Minimum beschränkt werden;

(2) die Dichtungs- und Wärmeaustauschfunktionen sind voneinander getrennt, so daß eine nennswerte Dichtung nur an der Matrixgrenze benötigt wird;

(3) es besteht ein hohes Maß an Freiheit für den Konstrukteur was die Wahl der Aufbaumethoden anbelangt;

(4) die Module lassen sich standadisieren, was kostensenkend wirkt;

(5) ein Modul läßt sich im Falle einer Beschädigung leicht ersetzen;

(6) ein Ausfall oder ein Fehler im einem Matrixblock coder anderswo in einem Modul beeinflußt nicht das Funktionieren der anderen Blöcke oder Module, und die Leistung des Rotors als Ganze wird von diesem Ausfall nur leicht berührt, so daß das Triebwerk, zu dem der Vorwärmer gehört, mit hoher Leistung weiterarbeiten kann, bis sich die Reperatur durchführen läßt.

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Der trommelförmige Potor hat zusätzlich den Vorteil, daß die Matrixanordnung entfernt und ersetzt werden kann, ohne das die Dichtunoen abgenommen oder Kopfteile (nicht gezeigt) entfernt werden müssen. Man braucht nur eine Endwand 106 oder 108 abzunehmen.

Der Antrieb des Rotors kann entweder am Rand oder durch eine Nabe (nicht gezeigt ) erfolgen. Vorzugsweise liegt das Verhältnis zwischen dem Innen- und dem Außendurchmesser zwischen 0,4 und 0,6.

Die Matrixblöcke sind in den Modulen so angeordnet, daß sich der Block unter der Wirkung der Temperatur verformen kann, ohne das Modulgehäuse zu beeinflussen. Die von der Matrix auf das Gehäuse abgeleitete V7ärme wird auf einem Minimum gehalten. Der heiße Teil des Gehäuses, an dem die Dichtung angreift, kann vom Rest des Gehäuses so isoliert sein, daß sich der heiße Teil ohne unzulässige Verformung ausdehnen ■ ■ und zusammenziehen kann, wodurch wiederum die Dichtungseigenschaften verbessert werden.

Falls gewünscht, kann jeder Modul mehr als einen einzigen Block aus Matrixmaterial enthalten.

Die Fig. 11 und 12 zeigen eine dritte Ausführungsform eines Rotors für einen Wärmeaustauscher. Der Rotor ist hierbei um eine Achse 310 drehbar und umfaßt ein ringförmiges Gehäuse 312 aus Stahl, welches eine ebene Dichtfläche 314 darbietet, gegen welche eine feststehende Dichtung 316 wirkt. Das Gehäuse 312 weist in seinen flachen Seiten kreisförmige öffnungen 318 auf. Die Ränder aller öffnungen 318 sind mit einem Radius 320 ausgebildet, um sicherzustellen, daß die

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öffnungsränder unter der Dichtung 316 frei hindurchgleiten.

Das Gehäuse 312 weist Abschließteile aus Keramik in Form von sechzehn Modulen 322 auf. Jeder Modul 322 ist ein sektorförmiger Kasten mit einer Rückwand 324, teilzylindrischen Außen- und Innenwänden 326 bzw. 328 und ebenen Seitenwänden 33o und 332.

Zwischen angrenzenden Seiten aneinander angrenzender Module 322 sind Streifen 344 aus Füllmatrial aus Keramikfasern vorgesehen, welche die räumliche Festlegung der Module 322 unterstützen und die Fugen zwischen ihnen abdichten.

Die Module 322 werden durch einen äußeren Ring 342 und einen inneren Ring 344, beide aus Keramikrraterial, in Stellung gehalten, wobei die Ringe an äußeren und inneren Flanschen 34 6 bzw. 348 des Gehäuses 312 durch lösbare Vorrichtunoen (nicht gezeigt) befestigt sind.

Füllmaterial aus Keramikfasern ist bei 350 und 352 zwischen dem Gehäuse und einem äußeren Flansch 354 jedes Moduls 322 und zwischen dem Flansch ., 354 und dem äußeren Ring 342 vorgesehen.

In ähnlicher Weise ist Füllmaterial bei 356 und 358 zwischen dem Gehäuse 312 und einem inneren Flansch jedes Moduls 322 und zwischen dem Flansch 36o und dem inneren Fing 344 vorgesehen.

Die Rückwände 324 der Module 322 bilden koplanare ebene Flächen362 auf denen eine feststehende Dichtung gleitet..Die Rückwände 324 haben kreisförmige öffnungen 366, deren Kanten bei 368 mit einem Radius abgerundet sind,

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Die Dichtung 364 umfaßt äußere und innere schmale Ringe die durch zwei radiale Stege 370 miteinander verbunden sind, wobei von den Stegen jeder sektrorförmig ausgebildet und groß genug ist, um einen Modul 322 vollkommen abzudecken. In Fig. 12 ist nur ein Steg 37o gezeigt, jedoch liegt der andere dem Steg 370 exakt diametrial gegenüber. Die Dichtung 316 ähnelt der Dichtung 364 und ist ähnlich angeordnet.

Jeder Modul 322 enthält einen Körper aus Wärmetausch-Matrixmaterial 372 (in Fig. 12 nur teilweise gezeiot) , welches als abwechselnd angeordnete ebene und gewellte Keramikplatten dargestelllt ist, und eine Vielzahl von feinen Kanälen aufweist, die sich parallel zur Drehachse 310 erstrecken. Die Fugen zwischen dem Körper 372 und den Wänden des Moduls 322 sind beispielsweise durch eine Füllmasse 74 aus Keramikfasern abgedichtet, so daß das Gas nicht am Körper-372 vorbeiströmen kann.

Der Rotor wird durch eine Antriebsvorrichtung (nicht gezeigt) angetrieben, die beispielsweise in Form einer mit dem Gehäuse 312 verbundenen axialen Welle oder in Form von am Gehäuse 312 befindlichen Zähnen, in welche ein Zahnrad eingreift, vorliegen kann.

Die Betriebsweise des in den Fig. 11 und 12 gezeioten Rotors ist ähnlich der der vorangehenden Ausfüh rungs form. Umgebungsluft kann durch eine Leitung (nicht gezeigt), die mit einer Hälfte der linken Seite (bei Betrachtung gemäß Fig. 12) des Rotors in Verbindung steht, abgezogen werden. Die Luft durchströmt dann das Wärmeaustauschmaterial in Form eines oder mehrerer Körper 372 und nimmt auf diese Weise aus diesen Wärme auf, bevor sie

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den Rotor auf seiner rechten Seite (Fig. 12) verläßt und in eine Leitung (nicht gezeigt) eintritt, die mit der gleichen Hälfte des Rotors in Verbindung steht und zu einem Lufteinlaß, beispielsweise,, der Turbine führt,

Heißes Abgas von der Turbine durchströmt eine andere Leitung (nicht gezeigt), welche mit der anderen Hälfte des Rotors auf seiner rechten Seite (Fig. 12) in Verbindung steht. Das heiße Gas durchläuft das Matrixmaterial in einem oder mehreren Körpern 372 und gibt Wärme an das, Marerial ab. Das abgekühlte Abgas verläßt den Rotor an seiner linken Seite (Fig. 12) und tritt in eine Leitung (nicht gezeigt) ein, die mit dieser anderen Hälfte des Rotors in Verbindung steht, ein.

Die zwei "Hälften" des Potors, von denen oben die Rede war, sind die zwei gleichen Volumenteile des Rotors, die durch die Stege 370 der Dichtung 364 und die entsprechenden Stege der Dichtung 316 getrennt sind jedoch bedeutet die Rotation des Rotors, das sich das jeder "Hälfte zugeordnete Wärmeaustauschmaterial kontinuierlich ändert.

In einer abgewandelten Aus füh rungs form kann jede der Dichtungen vier solcher Stege aufweisen, so daß zwei Luftströme zugehörige "Viertel" des Rotors durchströmen können, wobei die Viertel diametrial einander gegenüberlieaen, und zwei weitere Gasströme können jeweils die zwei dazwischen befindlichen, einander gegenüberliegenden Viertel durchströmen.

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Jede Dichtung besteht vorzugsweise aus einem vergleichsweise weichen Keramikfaserkörper, welcher an die Dichtflächen 314 oder 362 unter leichtem Druck angreift.

Der Körper 372 jedes Moduls 322 kann in einer anderen Konstruktion aus porösem Keramikmaterial mit untereinander in Verbindung stehenden Poren, beispielsweise Keramikschaummaterial mit untereinander in^Verbindung stehenden Zellen, bestehen; oder er kann aus Aluminiumoxidfasern bestehen; oder einer Mischung aus Fasern und porösem oder Partikelmaterial; oder ..aus irgendeinem anderen Wärmeaustauschmatrixmaterial, welches die Temperaturen sowie die Art des verwendeten Gases aushält und Kanäle für den Gas- und Luftstrom aufweist.

Falls gewünscht, kann in gewissen Anweridungsfällen auch metallischesMaterial als Wärmeaustauschmatrixmaterial zur Anwendung gelangen.

Die Keramikteile 322, 342 und 344 können aus Siliciumnitrid oder irgendeinem anderen Keramikmaterial hergestellt sein und ebenso kann das Wärmeaustauschmaterial aus Siliciumnitrid oder einem anderen Keramikmaterial bestehen.

Die heißesten Gase treffen an den Keramikteilen 322, 342 und 344 auf den Rotor, die kältesten auf das Metallteil 312. Die Temperaturextreme werden

daher nicht ganz aus Keramik bestehenden Teilen auferlegt, Die verschiedenen Module 322 sind in der Laoe sich

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einzeln auszudehnen oder zusammenzuziehen, was die Möglichkeit übermäßiger Spannungen in dem Keramikmaterial weiter herabsetzt. Sollte eine Einheit oder ihr Inhalt brechen, so wird dadurch die Rotorleistung nicht schwerwiegend beeinflusst und der Wärmeaustauscher kann weiterlaufen, bis eine Reperatur möglich ist. Die Reperatur selbst ist einfach, da sich das beschädigte Teil leicht ersetzen ι läßt. Die Herstellung der vergleichsweise kleinen Module 322 und Körper 372 gestaltet sich einfach, verglichen mit derjenigen der vorher verwendeten Keramikrotoren aus einem einzigen Stück (ausschließlich aus Keramik) mit einem Durchmesser von ungefähr 75 cm.

Das Metallgehäuse 312 erlegt der Ausdehnung und der der Zusammenziehung der Keramikteile keine untragbare Beschränkung auf, und es ist reichlich Zwischenraum zwischen aneinander angrenzenden Metall-und Keramikteilen vorgesehen.

Fig. 13 zeigt eine vierte Ausführungsform eines Rotors, bei welchem ein Metallgehäuse eine äußere und eine innere zylindrische Wand 400 bzw. 402 und eine ebene Wand 404 mit Durchbrechungen 406 aufweist. Die Wand 404 gleitet gegen eine feststehende Dichtung 408, die auf einem festen Leitungssystem 410 angeordnet ist.

Das Gehäuse enthält sektorförmige Keramikmodulen mit Seitenwänden 414, an der Wand 414 befestigten Endwänden 416 und Endwänden 418, die durch eine Dichtung 420 gegen ein Ende des Gehäuses abgedichtet

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sind. Die Endwände 418 gleiten gegen eine feststehende Dichtung 422, die auf einem Leitungssystem 424 angeordnet ist.

Körper aus Wärmeaustauschmatric material in Form von Blöcken aus porösem (beispielsweise Schaum) Keramikmaterial 430 sind zwischen den Wänden 416, 418 angeordnet. Die Blöcke 430 sind gegeneinander in einer V-förmigen Anordnung geneigt, so daß der Gasstrom, wie durch die Pfeile angedeutet, vor sich geht. Das heiße Gas tritt also in einen sich verjüngenden Einlaßraum 432 ein und durch einen sich erweiternden Auslaßraum 434 aus. Diese Anordnung spart Platz, da sowohl die radialen als auch die axialen Abmessungen voll ausgenützt werden.

In weiteren Ausführungsformen (nicht gezeigt) können die Metallgehäuse 312 und 400, 402, 404 aus Keramikmaterial bestehen.

In weiteren Ausführungsformen (nicht gezeigt) kann der Rotor Module umfassen, die segn.entartig geformt sind und zusammen den Rotor bilden, die jedoch die Merkmale der Teile 312 und 322 in einer Weise ähnlich den Konstruktionen, wie sie in den Fig. 1 bis 10 gezeigt sind, oder aber die Merkmale der Teile 400 und 402, 404 und 412 in einer Weise ähnlich den Konstruktionen, wie sie in den Fig. 1 bis 10 gezeigt sind, miteinander verbinden. Mit anderen Worten, die Gehäuseteile 312 oder 400, 402, 404 würden aus segnentartigen Teilen aufgebaut sein, von denen

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jedes einstückig mit dem Teil 322 bzw. 412 ist.

Patentansprüche:

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   Rotor für einen Rotations-Vorwärmwärmetauscher, insbesondere für eine Gasturbine mit einem Matrixmaterial, durch welches Gas strömen kann, dadurch gekennzeichnet, daß das Matrixmaterial in Form mehrerer getrennter Körper (18; 88; 110) vorliegt und daß der Rotor aus mehreren Modulen (10; 80, 82; 100) besteht, wobei jeder Modul öffnungen für den Gasdurchtritt aufweist und wenigstens einen der Körper aus deir Matrixmaterial enthält.

   2. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Module (10; 80, 82; 100) sektorförmig aufgebaut sind.

   3. Rotor nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Dichtungselemente zum Verschließen des Zwischenraums zwischen dem Modul und dem Körper aus Matrixmaterial vorgesehen sind.

   4. Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Module Flächen aufweisen, gegen welche eine mit den Gaskanälen verbundene Dichtung (54, 56; 202, 204) gleitend angreifen kann.

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   5. Rotor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Modul aus zwei oder mehr trennbaren Teilen aufgebaut ist, derart daß die einzelnen Matrixkörper ersetzt werden können.

   6. Rotor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor trommelförmig aufgebaut ist und dafc die Teile der Module durch ein kastenförmiges Teil (100) und zwei EndwSnde bildende Teile /106, 108) gebildet sind.

   7. Rotor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Halterungen vorgesehen sind, die die Körper aus Matrixmaterial (18; 88) nur an begrenzten Stellen der Oberfläche der Körper in den Modulen haltern.

   8. Rotor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterungen Schlitze für den Gasdurchtritt zwischen Matrixkörper und Modulwand aufweisen.

   10. September 1974/ 947 d

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