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Regenerativwärmeaustauscher, insbesondere zur Vorwärmung der Verbrennungsluft
Regenerativwärmeaustauscher, wie solche, die beispielsweise zur Vorwärmung von Verbrennungsluft
dienen, sind in zahlreichen Ausführungsformenbekannt. ManhatzurVermehrung der regenerativen
Füllmasse derartiger Wärmeaustauscher die Wärmeaustauschkörper mitFüllblechen versehen
und für diese die verschiedenartigsten Formen und Anordnungen vorgeschlagen. Zickzackförmige
und gewellte Bleche werden für solche Einbauten bevorzugt. Dabei haben sich für
die durchströmenden Mittel Kanäle der verschiedenartigsten Querschnitte ergeben,
darunter auch solche, die in der Breite größer als in der Höhe sind. Bei diesen
Einbauten haben sich auch Kanäle ergeben, deren eine Seite im wesentlichen eben
verläuft, während die gegenüberliegende Seite uneben, z. B. gewellt ist. Zweck der
Erfindung ist nun, im Gegensatz zu bekannten Bauarten, bei denen es mehr oder weniger
auf eine möglichst große Füllmasse ankam, in dem Wärmeaustauscher folgende Bedingungen
gleichzeitig zu verwirklichen: r. DerWärmeaustauscher soll inderHauptströmungsrichtung
der wärmeaustauschenden Mittel liegende Kanäle aufweisen.
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2. Diese Kanäle sollen im Querschnitt wesentlich breiter als hoch
sein und vorzugsweise rechteckige Gestalt haben.
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3. An einer Begrenzungsfläche der Breitseiten sollen Leit- oder Führungsflächen
für das durchströmende Mittel angeordnet sein.
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Diese Bedingungen sind in einem Wärmeaustauscher erfüllt, der in der
Hauptströmungsrichtung der wärmeaustauschenden Mittel liegende Kanäle von langem
Querschnitt aufweist, deren eine Breitseite aus einem im wesentlichen ebenen und
deren andere Breitseite aus einem quer zur Hauptströmungsrichtung gewölbten Plattenteil
besteht, und bei welchem gemäß der Erfindung die längs den Wellenbergen verlaufenden
Kanten in einem spitzen oder stumpfen Winkel zur Hauptbewegungsrichtung des den
Kanal durchströmenden Mittels liegen. Wesentlich ist hierbei die Richtung der zwischen
den Wellenbergen verlaufenden Kanten, die nicht
etwa im rechten
Winkel zur Hauptbewegungsrichtung des strömenden Mittels liegen dürfen, wie dies
bei bekannten Bauarten bereits vorgeschlagen war; denn derartige Kanten würden Druckschwankungen
in dein Kanal erzeugen und einen Strömungsverlust zur Folge haben, während die Leit-
und Führungswirkung der in einem spitzen oder stumpfen Winkel verlaufenden Wellenkanten
in der Hauptbewegungsrichtung des durchströmenden Mittels erfolgt, wodurch der Strömungsverlust
naturgemäß verringert wird.
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Nach der Erfindung sollen ferner die längs den Wellenbergen verlaufenden
Kanten insbesondere in einem Winkel zwischen 20 und 6o° zur Hauptbewegungsrichtung
des den Kanal durchströmenden Mittels liegen, außerdem soll die den Wellen gegenüberliegende
Breitseite jedes Kanals durch einen glatten Teil gebildet sein, dessen Abmessung
quer zur Hauptströrnungsrichtung wenigstens fünfmal, vorzugsweise achtmal so groß
ist wie sein Abstand von den Wellenbergen.
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In der Zeichnung ist die Erfindung in einem Ausführungsbeispiel dargestellt.
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Fig. i zeigt schematisch den Aufbau eines Wärmeaustauschers, der in
diesem besonderen Falle als umlaufender Wärineaustauscher ausgebildet ist, Fig.
2 die Aufsicht auf eine Platte der Füllmasse, Fig. 3 die Stirnansicht der gleichen
Platte, Fig. 4 die Aufsicht auf eine andere Platte, Fig. 5 einen Querschnitt durch
diese Platte nach Linie 6a-6a, Fig.6 ist eine schaubildliche Darstellung eines Ausschnitts
aus der regenerativen Masse, Fig.7 die Darstellung eines Einzelkanals und die graphische
Darstellung der darin auftretenden Strömung.
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In Fig. i ist ein Schnitt durch ein Gehäuse i dargestellt, in dem
ein drehbares Gestell 2 angeordnet ist. Dieses in Gestalt eines in Rahmen aufgeteilten
Zylinders ausgebildete Gestell hat keinen Boden und ist an der senkrechten Welle
3 angebracht. Die Welle 3 wird von Axial- und Stützlagern 4 und Halslagern 5 gestützt
und geführt. Das Rahmenwerk des Gestells ist mit der regenerativen Masse 6 angefüllt,
die gemäß der Erfindung aus auf gewisse Weise ausgeführten Platten besteht. Das
Gehäuse i ist in zwei Kanäle für die Mittel, zwischen denen Wärmeaustausch erfolgen
soll, aufgeteilt. Das Gestell 2 dreht sich derart, daß die wärmeüberführende Masse
abwechselnd den Kanal für das eine Mittel und den Kanal für das andere Mittel durchstreicht.
Das Gehäuse ist bei 7 mit einem Einlaß und bei 8 mit einem Auslaß für das wärmeabgebende
Mittel und ferner bei 9 finit einem Einlaß und bei 1o mit einem Auslaß für das wärmeaufnehmende
Mittel versehen. Wenn der Wärmeaustauscher als Luftvorwärmer für Dampfkessel verwendet
werden soll, treten die Verbrennungsgase durch die Einlaßöffnung 7 ein und werden
durch die Auslaßöffnung 8 abgeleitet. Die vorzuwärmende Luft tritt durch die Öffnung
9 ein und wird durch die Öffnung io abgeleitet. Diese vier Öffnungen sind, wie aus
der Zeichnung hervorgeht, mit Flanschen versehen, mittels denen das Vorwärmergehäuse
i mit den Leitungen verbunden werden kann, die für die Leitung der Gase nach und
von den verschiedenen Verwendungsstellen erforderlich sind. Um die Platten der regenerativen
Masse von Verunreinigungen zu befreien, sind zwei mit Löchern versehene Dampfrohre
12 und 13 vorgesehen, durch welche die Verunreinigungen zeitweise mittels Dampfstrahlen
ausgeblasen werden können, wie es in der Zeichnung schematisch angedeutet ist. Dieses
Entrußen erfolgt, während das wärmetragende Gestell sich dreht. Hierdurch werden
sämtliche Platten nacheinander gereinigt. Die Drehbewegung des Rotors 2 erfolgt
mit Hilfe eines besonderen Motors 14 unter Vermittlung eines Ritzels und einer am
Umfang des Gestells angeordneten Zahnstange mit einer Geschwindigkeit von et-%va
zwei bis vier Umdrehungen je Minute. Die Fächer des sich drehenden Gestells sind
dadurch- entstanden, claß radial verlaufende Wände einen äußeren Mantel von größerem
Durchmesser mit einem inneren, an der Welle befestigten kleineren Mantel verbinden.-
Diese Wände teilen das Gestell in eine Anzahl von Segmenten ein, die mittels gleichachsig
zum Außenmantel angebrachter Wände noch weiter in kleinere Teile aufgeteilt werden
können. In einem jeden derartigen Teil werden Platten in einem gewissen Abstand
voneinander eingelegt, so daß zwischen den Platten Kanäle gebildet werden.
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In Fig. 2 und 3 ist eine Platte 17 dargestellt. Die Z-förmigen Wellungen
haben vorzugsweise ein solches Aussehen, daß ein Winkel a halb so groß ist als ein
Winkel ß. Vorzugsweise ist der Winkel a - i5°. In gewissen Ausführungsformen ist
es von Vorteil, die Höhe 3o der Wellungen auf jeder Seite der Platte 17 etwa gleich
3 bis 6 mrn zu machen, gleichzeitig wie der Abstand 21 zwischen zwei Wellungen ungefähr
8o mm gemacht wird. Je eine derart ausgeführte Platte ist mit je einer Platte 16
mit langgestreckten Wellen, sogenannten Flachwellen, vereinigt. Eine derart ausgeführte
Platte 16 ist in Fig.4 und 5 dargestellt. In dieser Ausführungsform bilden die Wellungen
bzw. Flachwellungen einen Winkel von 3o° mit der Hauptdurchströmungsrichtung der
Gase. Dieser Winkel
kann gemäß der Neuerung zwischen 20 und 6o°
schwanken.
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In Fig. 5, die einen Schnitt durch die Platte senkrecht zur Ausdehnung
der Wellen darstellt, ist die Form der flachgewellten Platte gezeigt. Die Höhe der
Flachwellen ist vorzugsweise r bis 3 mm und der Abstand zwischen den Köpfen der
Wellungen etwa 14 mm. Die Flachwellungen der Platten 16 haben somit eine Höhe, die
höchstens halb so groß wie die Höhe der Wellungen an der Platte 17 ist und vorzugsweise
kleiner als ein Drittel genannter Höhe.
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In Fig. 6 sind die in Fig. 2 bis 5 dargestellten Platten 16, 17 so
aufeinandergelegt, wie sie in den Fächern des drehbaren Rahmengestells angeordnet
werden sollen. Eine Z-förinig gewellte Platte 17 ist somit von zwei Platten
16 umgeben, welche flachgewellt sind. Die Hauptdurchströmungsrichtung der Gase ist
durch die Pfeile 33 angedeutet. Die Wellungen 2o sind somit in der Hauptdurchströmungsrichtung
der Gase verlegt, wodurch der den Gasen dargebotene Widerstand äußerst gering
wird.
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Die Wellen bzw. zickzackförmig zueinander stehenden Flächen dieses
gerippten oder gewellten Bleches 16 bilden Führungs- oder Leitflächen, welche eine
besonders eigenartige und neuartige Wirkung hervorrufen. Die an diesen schräg stehenden
Flächen vorbeistreichenden Gase erhalten dadurch einen gewissen Antrieb quer zur
Hauptdurchströmungsrichtung. Diesen Antrieb kann man als Sekundärwirbel.bezeichnen.
Das Schema des eigentlichen Vorganges innerhalb eines also geformten und mitFührungsflächenausgestattetenKanals
ist ausFig.7 ersichtlich, dieeine Zusammenfassung der Fig. 3 und 5 der Zeichnung
darstellt. Die Luftdurchströmung ist senkrecht stehend zur Zeichnungsebene der Skizze
gedacht, und zwar von unten nach oben kommend. Die schräg stehenden Wellen-oder
Rippenbegrenzungen des Bleches 16 bilden Leitflächen, welche dem hindurchströmenden
Medium eine Seitenbeschleunigung, etwa in Richtung der in der Zeichnung eingezeichneten
Pfeile x, erteilen. Diese Seitenbeschleunigung hat zur Folge, daß sich innerhalb
des durchströmten Kanals eine durch die eingezeichneten Pfeile angedeutete Kreiswirbelung
Herausbildet, die, wie Versuche ergeben haben, eine bedeutende Steigerung der Wärmeaustauschfähigkeit
hervorruft.
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Mit einer regenerativen Masse, die gemäß der Erfindung hergestellt
ist, erhält man somit bei im übrigen gleichen Verhältnissen einen geringeren Widerstand
als bei bekannten Typen, was wiederum einen billigeren Betrieb durch verminderten
Kraftverbrauch für die Pressung der Gase durch die Masse mit sich führt. Umgekehrt
bedeutet dies, daß, wenn der Widerstand der gleiche ist, eine kleinere Plattenfläche
erforderlich wird. Hierdurch wird der Wärmeaustauscher leichter und billiger.
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Wenn die für die regenerative Masse verwendeten gewellten oder flachgewellten
Platten in der beschriebenen Weise ausgebildet sind, werden die Kanäle, durch welche
die Gase strömen, in allen Querschnitten gleich groß. Die durchströmenden Gase werden
daher nicht abwechselnd zusammengedrückt und entspannt, sondern nur Wirbelbildungen
ausgesetzt.
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Regenerative Masse gemäß der Erfindung ist nicht nur bei einem Vorwärmer
der oben beschriebenen Art verwendbar, sondern kann auch bei Wärmeaustauschern zur
Verwendung kommen, deren regenerative Masse feststeht und in denen die Mittel, zwischen
denen Wärme ausgetauscht werden soll, abwechselnd denselben Kanal in der regenerativen
Masse durchströmen.