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Regenerativer Wärmeaustauscher
Die Erfindung bezieht sich auf regenerative Wärmeaustauscher, insbesondere zur Erwärmung der Ver- brennungsluft, deren Wärmeaustauschmasse auf gegenseitig abgedichtete Kanäle verteilt ist, wobei ein zylindrischer Verteiler mit Trennwand vorgesehen ist.
Das Prinzip des regenerativen Wärmeaustauschers besteht darin, dass die Wärme von dem wärmeren an das kältere Medium mit Hilfe einer Wärmeaustauschmasse übertragen wird. Das wärmere Medium strömt während eines gewissen Zeitintervalls entlang der Oberfläche der Wärmeaustauschmasse, wodurch diese erwärmt und gleichzeitig das strömende Medium abgekühlt wird. Während eines darauffolgenden Zeitabschnittes strömt in der Umgebung der vorher erwärmten Wärmeaustauschmasse das kältere Medium, welches diese Masse abkühlt und sich selbst erwärmt. Der ganze, eben beschriebene Vorgang wiederholt sich periodisch in regelmässigen Arbeitszyklen.
Als Wärmeaustauschmasse werden bei den regenerativen Vorwärmern auch Metallbleche verwendet.
Die Bleche erwärmen sich verhältnismässig schnell und darum ist man imstande, die Zeitabschnitte zur Erwärmung bzw. Kühlung der Wärmeaustauschmasse relativ kurz zu wählen, wodurch die Wärmeleistung des regenerativen Vorwärmers erhöht werden kann.
Ein typischer Vertreter derartiger Vorwärmer ist der regenerative Vorwärmer nach Ljungström. der vor allem zur Erwärmung der Brennluft für Dampfkessel verwendet wird. In diesem Vorwärmer wird den Wärmeaustauschblecheneine rotierende Bewegung erteilt. Bei der Drehung bewegen sich die Bleche zu- erst durch den Strom der Verbrennungsprodukte, von welchen sie Wärme aufnehmen und treten dann in den Strom der kälteren Verbrennungsluft ein, an welche sie die vorher aufgenommene Wärme abgeben.
Der Vorteil dieser Wärmeaustauscher ist ihr relativ niedriges Gewicht und ein kleiner umbauter Raum im Vergleich zu den Rekuperationsvorwärmern.
Bei regenerativen Luftvorwärmern ist auch die Anordnung eines Verteilers bekannt, welcher aus einen. oder aus zwei Hohlzylindern besteht, wobei die Zylinder mit derart angeordneten Ausschnitten versehen sind, dass das erste Medium durch den Verteiler in radialer Richtung strömt, wogegen die Strömung des zweiten Mediums axial gerichtet ist.
Eine derartige Anordnung bedingt jedoch eine komplizierte Herstellung des Verteilers und der Zuleitung-un Ableitungskanäle für die betreffenden Medien. Ausserdem können Verteiler dieser Art nur bei Vorwärmern mit Ringquerschnitt verwendet werden.
Die Erfindung verfolgt das Ziel, die Nachteile der bisherigen Anordnung der regenerativen Wärmeaustauscher zu beseitigen. Dieses Ziel lässt sich erreichen, wenn erfindungsgemäss der Verteiler als ein zu- sammenhängendesRohrstück mit schräg eingebauter, ebener Trennwand ausgebildet ist, deren elliptische Randlinie die beiden Rohrenden an bezüglich der Rohrachse gegenüberliegenden Stellen berührt, wobei der Rohrmantel beiderseits der Trennwand je einen Ausschnitt aufweist, der jeweils vom Rohrende bis zur Trennwand reicht und seitlich von Parallelen zur Rohrachse begrenzt ist.
Die Erfindung ist im folgenden an Hand beispielsweiser Ausführungsformen näher erläutert, die in den Zeichnungen veranschaulicht sind. In diesen zeigen in schematisierter Darstellung Fig. 1 eine Ansicht und Fig. 2 eine Draufsicht eines erfindungsgemässen Wärmeaustauschers, Fig. 3 einen Querschnitt nach Linie III-III in Fig. 4 und Fig. 4 einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemässen Verteiler, Fig. 5 ein Beispiel der konstruktiven Anordnung der Dichtung zwischen den einzelnen Verbindungskanälen im Bereich
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des Verteilers und Fig. 6 bzw. Fig. 7 zeigen in Ansicht bzw. in Seitenansicht eine Alternative der Ge- samtanordnung eines regenerativen Wärmeaustauschers nach der Erfindung.
Die in den Fig. 1 - 4 gezeigte Anordnung besteht aus einer Wärmeaustauschkammer 1, aus Verbin- dungskanälen 4 und aus zwei Verteilern 5, die auf Wellen 6 drehbar gelagert sind. Je in einem Abschnitt 2 der Verbindungskanäle 4 sind Wärmeaustauschbleche 3 untergebracht. Die Verteiler 5 sind mit Rohran- sätzen für die Zuleitung 7 und Ableitung 8 eines kälteren Mediums und mit Rohransätzen für die Zulei- tung 9 und Ableitung 10 eines wärmeren Mediums versehen. Ein Motor 11 treibt über ein Getriebe in einem Getriebekasten die rotierenden Verteiler 5 an. In den Fig. 1 und 2 ist ferner auch ein Beispiel eines erfindungsgemässen Verteilers 5 von zylindrischer Gestalt gezeigt.
Eine schräg eingebaute Trennwand 12 teilt den inneren Raum des Verteilers in zwei Teile, wodurch eine dauernde Trennung der beiden Medien erzielt wird. Das in den Verteiler in axialer Richtung strömende Medium wird durch die Trennwand 12 in die zugehörigen Abschnitte verteilt. Der Umfang des Verteilers ist mit einem Mantel versehen. Eine
Ausführungsform des Mantels ist in den Fig. 3 und 4 gezeigt. Dieser besteht aus zwei gleichen Teilen 13, die mit der Trennwand 12 dicht verbunden sind.
Jeder der beiden Teile 13 ist als Ausschnitt eines Drehzy- linders gestaltet, der von zwei der zur Verteilerachse parallelen Erzeugenden und von einem Teil der el- liptischenBerandung der Trennwand 12 begrenzt ist.DieBegrenzung durch dieMantellinienist derart gewählt, dass die kleinste Breite der zylindrischen Fläche des Mantels, die sich in der Mitte der Verteilerlänge befindet und die auch in Fig. 3 im Schnitte sichtbar ist, etwas grösser ist als die Breite der Ausmündungen der der zylindrischen Form des Verteilers angepassten Verbindungskanäle 4. Bei derart gewählter Breite der zylindrischen Mantelfläche sind in jedem Fall höchstens zwei Verbindungskanäle 4 abgedeckt und alle andern Kanäle entweder ganz oder teilweise geöffnet.
Wenn die beiden Teile 13 auf dem Umfang des Zylinders einander gegenüberliegen, ist gerade eine Hälfte der unbedeckten Eintrittsöffnungen in die Verbindungskanäle 4 geöffnet, durch die das Medium in den Verteiler 5 in der axialen Richtung strömen kann, während die zweite Hälfte dieser Kanäle 4 für dasjenige Medium geöffnet ist, die inden Verteiler 5 in der radialen Richtung aus den Verbindungskanälen 4 eintritt. Bei der Drehung des Verteilers 5 schliessen die Teile 13 des Mantels nach und nach den Eintritt des ersten Mediums in die einzelnen Kanäle 4, während auf der andern Seite diese Kanäle für den Eintritt des zweiten Mediums in den Verteiler geöffnet werden. Durch die eben beschriebene Anordnung werden die beiden Medien in die einzelnen Abschnitte 2 verteilt, ohne dass sie sich miteinander mischen.
Eine willkürlich Verteilung der Kanäle 4 für das erste und zweite Medium wird durch geeignete gegenseitige Verschiebung der Mantelteile 13 auf dem Umfang des Mantels erzielt. Bei einer derartigen Verschiebung ist der Verteilerumfang nicht mehr in zwei gleiche Sektoren geteilt, wobei bei dem gezeichneten Beispiel jeder Sektor den Zugang zu fünf Verbindungskanälen 4 freigibt, sondern in zwei ungleiche Sektoren, von denen z. B. der erste sechs Verbindungskanäle 4 und der zweite vier Kanäle öffnet. In einem solchen Falle stehen für das erste Durchflussmedium sechs Abschnitte 2 zur Verfugung, während das zweite Medium nur durch vier Abschnitte 2 strömen kann.
Die in Fig. 5 gezeigte Dichtung besteht aus einer in einer Führung 15 gelagerten Führungsleiste 14 und aus Dichtungsblecheh 16, die mit der Leiste 14 fest verbunden sind und die auf dem Umfang des Verteilers 5 gleiten. Die in einer Hülse 18 angeordnete und mit einer Schraube 19 einstellbare Feder 17 übt eine konstante Kraft aus, welche die Dichtungsbleche 16 gegen die Oberfläche des Verteilers 5 drückt.
Die in den Fig. 6 und 7 veranschaulichte Anordnung des erfindungsgemässenregenerativenWärmeaus- tauschers unterscheidet sich von dem vorher beschriebenen Beispiel dadurch, dass die einzelnen Abschnitte 2 mit den Wärmeaustauschblechen ausserhalb des Gebietes des Verteilers 5 in Form hohler flacher Taschen ausgelegt sind, die in der Mitte durch eine Trennwand in zwei Hälften geteilt sind, um dem Strömungsweg des Mediums eine U-förmige Gestalt zu geben. Bei dieser Anordnung der Abschnitte lässt sich z. B. in dem Teil, in welchem sich die Stromrichtung der beiden Medien umkehrt, ein Schütttrichter 20 anordnen. Abgesehen von der einfachen Herstellung bietet diese Anordnung die Möglichkeit der Beseiti- gung der festen Reste, die sich in regenerativen Wärmetauschern aus den strömenden Medien abscheiden.
Ferner können beide Verteiler 5 auf einer gemeinsamen Welle 21 angebracht werden, wodurch der Antrieb beträchtlich vereinfacht wird, da nur eine Welle anzutreiben ist. Auf einer Seite tritt in den ersten Verteiler in Richtung seiner Achse das wärmere Medium, z. B. die Verbrennungsprodukte, ein. Mit Hilfe. der Trennwand wird das eintretende Medium in radiale Richtung gelenkt und strömt dann in einen Teil der auf dem Umfang des Verteilers angebrachten Überführungskanäle, durch welche es in einen Teil der Abschnitte mit den Wärmeaustauschblechen weiterströmt.
Das wärmere Medium gibt in den eben er- llähntel1 Abschnitten Wärme ab und strömt weiter in den zweiten rotierenden Verteiler durch ähnliche Kanäle, die mit dem zweiten Ende der Abschnitte verbunden sind, wobei der zweite Verteiler in der gleichen Weise wie der erste Verteiler ausgelegt ist. In diesem Verteiler treten die Verbrennungsproduk-
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