EP2051033B1 - Regenerativ-Wärmetauscher - Google Patents
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- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D19/00—Regenerative heat-exchange apparatus in which the intermediate heat-transfer medium or body is moved successively into contact with each heat-exchange medium
- F28D19/04—Regenerative heat-exchange apparatus in which the intermediate heat-transfer medium or body is moved successively into contact with each heat-exchange medium using rigid bodies, e.g. mounted on a movable carrier
- F28D19/041—Regenerative heat-exchange apparatus in which the intermediate heat-transfer medium or body is moved successively into contact with each heat-exchange medium using rigid bodies, e.g. mounted on a movable carrier with axial flow through the intermediate heat-transfer medium
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- F28G—CLEANING OF INTERNAL OR EXTERNAL SURFACES OF HEAT-EXCHANGE OR HEAT-TRANSFER CONDUITS, e.g. WATER TUBES OR BOILERS
- F28G9/00—Cleaning by flushing or washing, e.g. with chemical solvents
- F28G9/005—Cleaning by flushing or washing, e.g. with chemical solvents of regenerative heat exchanger
Definitions
- the invention relates to a regenerative heat exchanger for each other in the heat exchange gas flows, the heat exchange via a permanently immersed in all gas streams associated buffer takes place, which is cleaned by a spray nozzle at its free end, pivoting blowing arm, a bearing axis of the Blasarms parallel to Flow direction of the gas streams in the region of the buffer is arranged and penetrates with their imaginary extension of the buffer.
- the invention is therefore based on the object to ensure reliable removal of impurities from the region of the buffer and thereby to allow the largest possible time interval between successive flushes.
- This object is achieved in that two mirror images of the buffer memory arranged blowing arms are provided with at least one nozzle for compressed air and pressurized water.
- the bearings of the blower arms are advantageously arranged encapsulated against the gas flows involved between the outer edge of the disc-shaped intermediate memory and its central axis. It is expediently the distance of the bearing from the outer edge of the buffer significantly smaller than the distance from the central axis and aligned while the bearings of the two blowing arms together.
- This bearing arrangement leads to short blowing arms and thereby leads even at high pressures of compressed air and pressurized water even with not inconsiderable recoil forces on the nozzles only to well controllable bearing forces.
- the supply channels for detergent to the nozzles are expediently arranged concentrically to one another and the blowing arms are gradually tapered in the direction of their free end.
- an axially parallel to the flow direction of the gas flows angled part of the blowing arms used to guide them in two camps.
- the bearings are advantageously designed as a rolling bearing and the maximum deflections of the blower arms lead their free ends to the outer and the inner edge of the buffer.
- a frame 1 comprises a buffer store 2, which is mounted rotatably in the frame 1 via a shaft 3.
- a housing 4 encloses the buffer 2 and is sealed over its entire circumference to the latter by sealing lips 5.
- the part of the buffer 2 located on the left in the drawing is flowed through from below from below by a hot gas stream 6, so that in each case the portion of the buffer 2 lying in this part is heated up.
- the buffer 2 is slowly rotated in a manner not shown in the direction of an arrow 7, so that the heated part of the buffer 2 slowly moves in the right in the drawing part of the housing 4.
- This part of the housing 4 is passed from top to bottom of a cold gas stream 8, to which the buffer 2 emits the heat absorbed from the gas stream 6, so that the now heated gas stream 8, for example, as combustion air, a furnace can be supplied.
- the cooled section of the buffer 2 continues to travel and again absorbs heat from the gas stream 6 in the left-hand part of the housing 4 and a new cycle of heat exchange begins.
- the buffer 2 is substantially composed of parallel to the gas streams 6 and 8, not shown in detail, lamellae composed of a good heat-conducting material and sets the gas streams 6 and 8 only a very low resistance. Nevertheless, the buffer 2 is contaminated during operation, so that its heat absorption as well as its ability to give them back, is impaired. This results in the need to periodically clean the buffer 2 during operation.
- blowing arms 9 are provided which are reciprocable with their free ends between the outer edge 10 and the inner edge 11 of the buffer 2 and herschwenkbar.
- the blowing arms 9 carry nozzles 12.
- two nozzle plates 12 are provided at the end of the inlet side for the gas flow 6 arranged blowing arm 9, each of which a low-pressure nozzle plate and high-pressure nozzle plate.
- a low-pressure nozzle plate is suitable for steam, compressed air and water.
- a high pressure nozzle plate is suitable for water.
- the two mirror-image above and below the buffer 2 arranged Blasarme 9 with their nozzles 12 clean the surface of the buffer 2 forming elements so that their effectiveness is restored without an interruption in operation.
- the dissolved impurities are taken along after leaving the buffer 2 and are separated if necessary in a downstream filter from the exhaust and eliminated without harm to the environment.
- pressurized water is used with up to several 100 bar, so that at the nozzle 12 for pressurized water a considerable recoil force occurs.
- Regenerative heat exchangers 2 of the type according to the invention can be used in virtually all systems from which a heated exhaust gas is released to the environment. Such heat exchangers 2 allow recovery of heat energy and are at the same time useful as starting points for filters. In addition to an economic gain, they thus also protect the environment.
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Description
- Die Erfindung betrifft einen Regenerativ-Wärmetauscher für im Wärmeaustausch miteinander stehende Gasströme, wobei der Wärmeaustausch über einen dauernd in alle beteiligten Gasströme eintauchenden Zwischenspeicher erfolgt, der von einem an seinem freien Ende Spritzdüsen tragenden, schwenkbaren Blasarm reinigbar ist, wobei eine Lagerachse des Blasarms parallel zur Strömungsrichtung der Gasströme im Bereich des Zwischenspeichers angeordnet ist und mit ihrer gedachten Verlängerung den Zwischenspeicher durchdringt.
- Bei Wärmeprozessen in industriellen Anlagen fallen häufig große Abgasmengen mit erheblichen Wärmeinhalten an, deren Rückgewinnung bei allgemein steigenden Energiekosten wirtschaftliche Vorteile bringt. Dies ist beispielsweise bei der Elektrizitätserzeugung, bei chemischen Prozessen oder auch bei der Nahrungsmittelverarbeitung oft der Fall. Zur Rückgewinnung von Wärme aus Abgas wird dieses dabei beispielsweise im Gegenstrom zu einem Frischluftstrom durch einen Zwischenspeicher geführt, der die Form einer langsam rotierenden Scheibe hat. Dieser Zwischenspeicher nimmt auf einer Seite Wärme aus dem Abgas auf und heizt mit dieser Wärme auf seiner anderen Seite einen kühleren Gasstrom, beispielsweise Verbrennungsluft, auf.
- Dabei wird unvermeidbar der Zwischenspeicher verschmutzt, so dass seine Wirksamkeit nachlässt. Demzufolge ist es erforderlich, die Zwischenspeicher von Zeit zu Zeit zu reinigen. Dies geschieht beispielsweise gemäß
DE 44 42 055 A1 , Fig. 4, unter Einsatz eines Schwenkarms, der kürzer ist als der Radius des Zwischenspeichers. Der Schwenkarm trägt auf seinem freien Ende auf den Zwischenspeicher gerichtete Düsen. Diese Düsen spritzen in der Strömungsrichtung des Abgases Reinigungsflüssigkeit auf die Heizflächen des Zwischenspeichers, so dass Verunreinigungen gelöst und fortgespült werden. - Nachteilig ist hierbei, dass zwar die stromaufgerichtete Speicherseite gereinigt und gespült wird, dass aber die Spülung einseitig erfolgt, so dass sich bereits gelöste Verunreinigungen an anderer Stelle wieder ablagern können. Das kann auch durch einen an anderer Stelle angeordneten zweiten Schwenkarm nicht zuverlässig verhindert werden, weil dieser zweite Schwenkarm infolge der langsamen Rotation des Zwischenspeichers mit erheblicher Zeitverzögerung wirksam wird.
- Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde eine zuverlässige Entfernung von Verunreinigungen aus dem Bereich des Zwischenspeichers zu gewährleisten und dadurch einen möglichst großen Zeitintervall zwischen aufeinander folgenden Spülungen zu ermöglichen.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zwei spiegelbildlich zum Zwischenspeicher angeordnete Blasarme mit mindestens je einer Düse für Druckluft und für Druckwasser vorgesehen sind. Dadurch werden auf der stromauf im Gasstrom von dem Zwischenspeicher gelöste Verunreinigungen angetrieben von Spülstrahlen aus stromab vom Zwischenspeicher liegenden Düsen sicher aus dessen Bereich entfernt.
- Zum Schutz gegen Korrosion sind die Lager der Blasarme vorteilhafterweise abgekapselt gegen die beteiligten Gasströme zwischen dem Außenrand des scheibenförmig gestalteten Zwischenspeichers und dessen Mittelachse angeordnet. Dabei ist zweckmäßigerweise der Abstand der Lager vom Außenrand des Zwischenspeichers deutlich kleiner als der Abstand von dessen Mittelachse und fluchten dabei die Lager der beiden Blasarme miteinander. Diese Lageranordnung führt zu kurzen Blasarmen und führt dadurch auch bei hohen Drücken von Druckluft und Druckwasser selbst bei nicht unerheblichen Rückstoßkräften an den Düsen nur zu gut beherrschbaren Lagerkräften.
- Die Zuleitungskanäle für Spülmittel zu den Düsen sind zweckmäßig konzentrisch zueinander angeordnet und die Blasarme sind in Richtung auf ihr freies Ende stufenweise verjüngt.
- Zweckmäßigerweise dient ein achsparallel zur Strömungsrichtung der Gasströme abgewinkelter Teil der Blasarme zu deren Führung in zwei Lagern. Die Lager sind vorteilhafterweise als Wälzlager ausgeführt und die maximalen Auslenkungen der Blasarme führen deren freien Enden bis an den äußeren und den inneren Rand des Zwischenspeichers.
- Durch die spiegelbildliche Anordnung von zwei Blasarmen ist einerseits eine gute Reinigung und darüber hinaus ein sicherer Abtransport von gelösten Verunreinigungen gewährleistet und ein großer zeitlicher Abstand zwischen aufeinander folgenden Reinigungsprozessen ermöglicht.
- Ein Ausführungsbeispiel eines Regenerativ-Wärmetauschers ist in einer Zeichnung dargestellt. Dabei zeigt:
- Fig. 1:
- Einen Schnitt, und
- Fig. 2:
- eine Draufsicht ohne die oberen Kanalabschnitte für die Gasströme.
- Ein Rahmen 1 umfasst einen Zwischenspeicher 2, der über eine Welle 3 drehbar im Rahmen 1 gelagert ist. Ein Gehäuse 4 umhüllt den Zwischenspeicher 2 und ist auf seinem gesamten Umfang diesem gegenüber durch Dichtlippen 5 abgedichtet. Der in der Zeichnung links liegende Teil des Zwischenspeichers 2 wird von unten nach oben von einem heißen Gasstrom 6 durchströmt, so dass jeweils der in diesem Teil liegende Abschnitt des Zwischenspeichers 2 aufgeheizt wird.
- Der Zwischenspeicher 2 wird auf nicht näher dargestellte Art und Weise langsam in Richtung eines Pfeiles 7 gedreht, so dass der aufgeheizte Teil des Zwischenspeichers 2 langsam in den in der Zeichnung rechts liegenden Teil des Gehäuses 4 wandert. Dieser Teil des Gehäuses 4 wird von oben nach unten von einem kalten Gasstrom 8 passiert, an den der Zwischenspeicher 2 die aus dem Gasstrom 6 aufgenommene Wärme abgibt, so dass der nunmehr aufgeheizte Gasstrom 8, beispielsweise als Verbrennungsluft, einer Feuerung zugeführt werden kann. Der abgekühlte Abschnitt des Zwischenspeichers 2 wandert weiter und nimmt im links liegenden Teil des Gehäuses 4 erneut Wärme aus dem Gasstrom 6 auf und ein neuer Zyklus des Wärmeaustauschs beginnt.
- Der Zwischenspeicher 2 ist im Wesentlichen aus parallel zu den Gasströmen 6 und 8 angeordneten, im einzelnen nicht dargestellten, Lamellen aus einem gut wärmeleitenden Werkstoff zusammengesetzt und setzt den Gasströmen 6 und 8 nur einen sehr geringen Widerstand entgegen. Trotzdem wird der Zwischenspeicher 2 im Betrieb verunreinigt, so dass seine Wärmeaufnahme ebenso wie seine Fähigkeit diese wieder abzugeben, beeinträchtigt wird. Daraus ergibt sich die Notwendigkeit, den Zwischenspeicher 2 während des Betriebs in periodischen Abständen zu reinigen. Zu diesem Zweck sind Blasarme 9 vorgesehen, die mit ihren freien Enden zwischen dem äußeren Rand 10 und dem inneren Rand 11 des Zwischenspeichers 2 hin- und herschwenkbar sind.
- An ihren freien Enden tragen die Blasarme 9 Düsen 12. So sind beispielsweise am Ende des eingangsseitig für den Gasstrom 6 angeordneten Blasarm 9 zwei Düsenplatten 12 vorgesehen, davon je eine Niederdruck-Düsenplatte und Hochdruck-Düsenplatte. Eine Niederdruck-Düsenplatte ist geeignet für Dampf, Druckluft und Wasser. Eine Hochdruck-Düsenplatte ist geeignet für Wasser. Auf diese Weise können praktisch alle im Normalbetrieb auftretenden Verschmutzungen gelöst, abgespült und gegebenenfalls auch zerkleinert werden. Diese Verschmutzungen werden dann quer durch den Zwischenspeicher 2 mitgenommen, wobei auf dem ausgangsseitig von dem Zwischenspeicher 2 auf dem zweiten Blasarm vorgesehene Düsen 12 zuverlässig verhindern, dass sich die Verschmutzungen erneut festsetzen. Auf den Blasarmen können Düsen beidseitig gleich angeordnet werden.
- Die beiden spiegelbildlich über und unter dem Zwischenspeicher 2 angeordneten Blasarme 9 mit ihren Düsen 12 reinigen die Oberfläche der den Zwischenspeicher 2 bildenden Elemente, so dass deren Wirksamkeit ohne eine Betriebsunterbrechung wiederhergestellt ist. Die gelösten Verunreinigungen werden auch nach dem Austritt aus dem Zwischenspeicher 2 mitgenommen und werden falls erforderlich in einem nachgeschalteten Filter aus dem Abgas abgeschieden und ohne Schaden für die Umwelt beseitigt.
- Um ein Ablösen auch von verkrusteten Verunreinigungen zu gewährleisten, wird Druckwasser mit bis zu einigen 100 bar eingesetzt, so dass an der Düse 12 für Druckwasser eine nicht unerheblich Rückstoßkraft auftritt. Diese sicher aufzunehmen und gleichzeitig ein Verkanten des Blasarms 9 auszuschließen, sind Lager 13 mit einem Lagerabstand voneinander vorgesehen.
- Regenerative Wärmetauscher 2 der erfindungsgemäßen Art sind in praktisch allen Anlagen einsetzbar, aus denen ein aufgeheiztes Abgas an die Umgebung abgegeben wird. Dabei ermöglichen derartige Wärmetauscher 2 eine Rückgewinnung von Wärmeenergie und sind gleichzeitig als Ansatzpunkte für Filter zweckmäßig. Neben einem wirtschaftlichen Gewinn ermöglichen sie also auch eine Schonung der Umwelt.
Claims (10)
- Regenerativ-Wärmetauscher für im Wärmeaustausch miteinander stehende Gasströme (6, 8), wobei der Wärmeaustausch über einen dauernd in alle beteiligten Gasströme (6, 8) eintauchenden Zwischenspeicher (2) erfolgt, der von einem an seinem freien Ende Spritzdüsen (12) tragenden schwenkbaren Blasarm (9) reinigbar ist, wobei eine Lagerachse des Blasarms (9) achsparallel zur Strömungsrichtung der Gasströme (6, 8) im Bereich des Zwischenspeichers (2) angeordnet ist und mit ihrer gedachten Verlängerung den Zwischenspeicher (2) durchdringt,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Zwischenspeicher (2) eine Symmetrieachse für zwei sich spiegelbildlich gegenüberliegende Blasarme (9) mit mindestens je einer Düse (12) für Druckluft und für Druckwasser bildet. - Regenerativ-Wärmetauscher nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass Achsen von Lagern (13) der Blasarme (9) abgekapselt gegen die beteiligten Gasströme (6, 8) zwischen dem Außenrand (10) des scheibenförmig gestalteten Zwischenspeichers (2) und dessen Mittelachse liegen. - Regenerativ-Wärmetauscher nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Abstand der Lager (13) vom Außenrand (10) des Zwischenspeichers (2) deutlich kleiner ist, als der Abstand von dessen Mittelachse. - Regenerativ-Wärmetauscher nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Achsen der Lager (13) der beiden Blasarme (9) miteinander fluchten. - Regenerativ-Wärmetauscher nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass Zuleitungskanäle innerhalb der Blasarme (9) zu den Düsen (12) konzentrisch zueinander angeordnet sind.. - Regenerativ-Wärmetauscher nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass sich die Blasarme (9) in Richtung auf ihr freies Ende stufenweise verjüngen. - Regenerativ-Wärmetauscher nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein Zuleitungskanal für Druckwasser konzentrisch im Blasarm (9) angeordnet ist. - Regenerativ-Wärmetauscher nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein achsparallel zur Strömungsrichtung der Gasströme (6, 8) abgewinkelter Teil der Blasarme (9) von zwei Lagern (13) geführt ist. - Regenerativ-Wärmetauscher nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Lager (13) als Wälzlager ausgeführt sind. - Regenerativ-Wärmetauscher nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass die maximalen Auslenkungen der Blasarme (9) bis an den äußeren (10) und den inneren (11) Rand des Zwischenspeichers (2) führen.
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